淺談大型陸上風力發電技術

鄒敦宇

摘? 要：近年來我國對于綠色環保能源越來越重視，風能作為可再生能源的一種，近年來在全國各地得到推廣。隨著我國相關技術的不斷革新與發展，風能成了繼水能之后最具開發潛力的能源之一，在政府的經濟補貼和國家的政策鼓勵下，風力發電技術得到快速發展，很多的發電企業在該領域投資發展風能發電技術，風能發電行業成了快速發展的新秀。該文首先對大型陸上風力發電技術進行論述，其次介紹了大型陸上風機關鍵技術，最后簡述了我國大型陸上風機技術存在的不足之處及發展方向，希望為相關研究人員提供借鑒與參考，促進我國大型陸上風力發電技術的發展。

關鍵詞：再生能源;陸上風力發電;發電技術

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0 引言

世界上第一臺真正意義上的風力電機，于1941年在丹麥制作而成，20世紀60年代中東的石油等資源能源被廣泛開采和利用，使得油價經濟又實惠，而風能發電則逐漸淡出了人們的視線。煤和石油等不可再生能源產生的能量，雖然能滿足工廠企業的使用需要，但是煤和石油終究是不可再生能源，開采麻煩且終究會有用完的一天。在1973年爆發的世界能源危機中，該問題的負面影響被急劇放大，受到經濟危機沖擊的歐美各國，開始逐漸重視對于風能的研究與利用，他們研究如何利用風能來發電，這不僅有利于緩解不可再生能源使用緊缺的問題，而且有利于保護地球的生態環境和人類的生存環境。

1 大型陸上風力發電機的快速發展

中國的國土面積遼闊，西北地區由于地勢的原因，相對于華東、華南地區而言，其風能儲量豐富，普及使用風力發電，不僅有利于節約不可再生能源，同時也是對于風能的有效利用。

我國陸地風能儲藏量豐富，風力發電合計10億kW，是水力發電總量的3倍左右，且陸上風力發電的成本造價遠遠低于水電站的建設費用，因此在我國風能發電應該得到大力推廣。

風力發電設備的造價與風力發電機的單機容量大小有密切關系，如果所需的機組較少時，建設的基本費用就較低，則有利于節約成本，如果發電機可以按一定的形式進行布局，有利于降低風力發電的成本造價，且風力發電時的單機容量越大，越有利于節約成本造價，因此風力發電機的單機容量從20世紀80年代初的55 kW，發展到20世紀80年代中期到90年代初的100 kW～450 kW，90年代中后期以500 kW～1MW為主等，而2010年的發電機容量已達到1000 kW的風電機組，2016年歐美和澳洲的發電機容量已達到l5 MW～20 MW的風電機組，由此可見，近幾十年來風力發電不斷發展進步，為人類的進步發展提供能源動力。

2 大型陸上風力發電機的關鍵技術

2.1 大型陸上風力發電機機械部件技術情況

大型陸上風力發電機是由齒輪箱、發電機、葉片、輪毅、主軸、機艙座和塔架等組成的。在施工時，對于葉片和齒輪箱等部件的技術要求相對較高，如果葉片設計不合理很可能在使用過程中突然發生斷裂，最終影響風力發電機組的正常使用，且葉片的形狀與風力發電機組和風能的利用效率有較大聯系，因此研究設計人員在設計葉片時，需要考慮的影響因素較多，象葉片的大小、形狀、耐久性、葉片與齒輪之間的摩擦力大小，在遇到強風的情況下是否會因為轉速過快而發生破壞等因素。因此設計人員在進行設計時需要在進行較多的實驗之后，才能確定合適的使用葉片及相關配套機械設施。

2.2 大型陸上風力發電機的控制策略

風力發電機在使用的過程中，不僅需要相關設計人員設計好良好的外形，還需要對其進行系統化的控制，上面兩者的有機結合，才能將風力發電機的良好性能完全發揮出來，通過對陸上風力發電機進行良好的外形設計，保證風力發電機在使用過程中能夠獲得較多的風能，將其轉化為機械能后再轉變為電能，提高風能的利用效率，通過制定系統化的控制策略，考慮到在風力較小時風力發電機該如何運行，以及風力較大時該如何控制風力發電機的運轉速度，從而將發電機的使用效率提升到最大值，在保證發電機正常發電的同時，確保風力發電機在工作時候的安全。

2.3 大型陸上直驅式風力發電機的技術特點

目前直驅式風機不需要齒輪轉向就可以正常運轉，通過對風輪驅動發電機進行發電，對于發電機的利用效率就會有較大改觀，而且能夠保證風力發電機運轉時葉片的穩定性，不會對葉片造成任何的破壞。但是這對于直驅式風力發電機的機型設計要求十分嚴格，使用的材料成本比之前制作風力發電機時要更為昂貴，這雖然增加了風力發電機的設計成本，但對于風力發電機取得的發電效益而言，還是具有很大的研究價值。

3 國內大型陸上風力發電機技術存在的不足及其未來發展方向

由于風力發電目前在我國是一個新產業，正處于技術研究和項目起步的階段，國內相關研究對風力發電可行性理論分析比較少，近年來，雖然我國對風力發電技術的研究取得了令人矚目的成就，但是還有一些不足之處需要引起我們的注意。

3.1 風電規劃、基礎配套設施建設制約風電產業發展

目前我國的風力發電場大部分建于我國西北邊疆的沙漠、戈壁、邊疆、華北平原、東北平原等地。雖然上述發電場地理位置優越，風能資源特別豐富，但上述地區距離發電負荷中心的距離相對較遠，這就造成上述地區的電網結構相對薄弱，而電網結構相對薄弱就嚴重削弱了我國對風能資源的開發使用和研究。隨著我國近年來對風力發電場項目研究和建設規模的逐步加深、擴大，一些地區電網結構相對薄弱的問題日益凸顯。我國相關部門對規劃風力發電項目產業嚴重滯后于風力發電項目的發展速度，其主要表現在以下3個方面：第一，風力發電項目的基礎配套設施建設相對落后;第二，相關研究人員對風力發電項目缺乏足夠的資源評價評估;第三，國家、地方政府及相關部門對風力發電項目的具體規劃不合理。

3.2 風力發電嚴重的依賴于政府補貼

我國地方政府和相關部門通過財政補貼對風力發電產業項目進行政策、資金的大力扶植幫助，目前我國政府及相關部門對風力發電產業項目的財政補貼比例相對于他國來說已經是很高的了，特別是在我國火電標桿上網電價低的地區，在我國新疆維吾爾自治區的哈密，其2015年底已并網風力發電的電價是0.51 元/kW·h，火電標桿電價是0.25 元/kW·h，財政補貼占比已經高達51.5%，這一比例已經遠遠高于歐美國家，造成風力發電產能過剩等不利因素，給國家財政帶來巨大虧損。

3.3 風力發電機制造商對國外技術的依靠

目前我國很多地區的風力發電機制造商通過購買歐美國家的風力發電核心技術，實現產業項目的建成與擴大，這就造成我國風力發電技術無自主研發、風力發電關鍵設備材料嚴重依靠國外進口的問題越來越嚴重。依靠國外進口不僅加大了風力發電機組建設的生產成本，而且造成目前我國風力發電機單位千瓦造價在4 000元上下浮動不變;其次依靠國外進口造成會風力發電技術項目的產業更新比較慢，在風力發電機重要的核心技術上依然嚴重依賴國外提供技術支持。

參考文獻

[1]武永剛.關于風力發電基建工程項目管理和進度控制的探討[J].建筑工程技術與設計，2016（20）：2551-2552.

[2]燕振海.關于風力發電基建工程項目管理和進度控制的探討[J].城市建設理論研兄：電子版，2015，5（26）：4909.

[3]蔡蓉，岳程燕，謝海蓮.傳輸大規模陸上風電的傳統高壓直流輸電系統控制策略[J].南方電網技術，2015，9（5）：32-39.

[4]劉江濤.浮動式風力發電機組獨立變槳控制技術研究[D].新疆：新疆大學，2015.

[5]孫少華.發電機故障時風力發電機組的動態特性仿真研究[D].北京：華北電力大學，2014.