風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與功率控制策略

趙嬌

新疆粵水電能源有限公司 新疆烏魯木齊 830000

現(xiàn)階段，風(fēng)力發(fā)電不僅僅在我國(guó)獲得高度重視，在其他很多國(guó)家都被確認(rèn)為爭(zhēng)相發(fā)展的新能源技術(shù)。再加上石油資源日益減少，風(fēng)能作為一種清潔、可再生、豐富等很多優(yōu)點(diǎn)的新資源，被世界上越來(lái)越多的國(guó)家所青睞。早在十九世紀(jì)末，丹麥就已經(jīng)建成了全球第一臺(tái)風(fēng)力的發(fā)電機(jī)，但是，受技術(shù)問(wèn)題和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題的影響，沒(méi)能利用風(fēng)力發(fā)電作為供電能的主要方式。在20世紀(jì)三十年代，歐美國(guó)家花費(fèi)大量的資金使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組得到順利建設(shè)起來(lái)。到了八十年代，風(fēng)力發(fā)電逐漸變成了供電網(wǎng)的新寵，從那以后風(fēng)力發(fā)電量逐年顯著增長(zhǎng)，未來(lái)可能會(huì)成為世界第二大發(fā)電能源。我國(guó)的風(fēng)力資源有顯著的優(yōu)越性，風(fēng)力發(fā)電在我國(guó)的發(fā)展也是可期待的[1]。

1 目前的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)水平

最近幾年，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)，風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用類(lèi)型也日益多樣化。風(fēng)力發(fā)電主要是依靠風(fēng)能設(shè)備，利用溫差產(chǎn)生的空氣流動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能的原理。也就是說(shuō)，風(fēng)推動(dòng)風(fēng)車(chē)葉的旋轉(zhuǎn)，同時(shí)增速器和葉片轉(zhuǎn)軸銜接，加速了葉片轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)速度，促使動(dòng)能有效地轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，從而使發(fā)電機(jī)發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電有一些顯著特點(diǎn)：第一，近幾年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率不斷提升。第二，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，并且風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的裝機(jī)也變得日益規(guī)模化。第三，海邊風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化趨勢(shì)日益凸顯。海上風(fēng)力發(fā)電有著明顯的優(yōu)勢(shì)，如風(fēng)速穩(wěn)、風(fēng)力大、干擾少。這些優(yōu)點(diǎn)都確保了一定的發(fā)電量。利用發(fā)電機(jī)組增強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電效能。風(fēng)力發(fā)電的前期資金和技術(shù)投入雖然很高，但是中期的運(yùn)營(yíng)耗資比較少。從全球的發(fā)展情況來(lái)看，風(fēng)力渦輪的市場(chǎng)發(fā)展?fàn)顩r良好且日益加速，風(fēng)力發(fā)電在發(fā)電產(chǎn)業(yè)中的地位也日益凸顯。現(xiàn)階段，市場(chǎng)上的關(guān)于風(fēng)力渦輪方面的設(shè)計(jì)技術(shù)參差不齊，主要是風(fēng)力渦輪和發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)合方式上存在一些差異。利用風(fēng)速加快電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速率，使得風(fēng)能得到最大程度地高效利用，確保有功或無(wú)功的功率都可控制[2]。

2 合理把控風(fēng)力發(fā)電的功率有效途徑

2.1 利用風(fēng)力機(jī)提高可控性

要想合理有效地控制好風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的功率，可以利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)把控風(fēng)力發(fā)電的功率輸出。市場(chǎng)上選用的大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)是雙饋異步式。其明顯的優(yōu)點(diǎn)就是可以依據(jù)風(fēng)速大小做出合理的調(diào)整，從而確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行保持在最良好的工作狀態(tài)，有助于增強(qiáng)風(fēng)能的利用率。于此同時(shí)，在雙饋異步式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作中，有效加強(qiáng)對(duì)饋入電流的控制，在穩(wěn)定定子輸出的頻率和電壓保持不變的前提下，通過(guò)調(diào)整電網(wǎng)功率的因數(shù)的方式確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2 利用風(fēng)力機(jī)的偏航控制效果

風(fēng)力機(jī)的偏航控制對(duì)于整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)而言是不可忽視的一部分。風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作過(guò)程中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和偏航控制系統(tǒng)的高效配合，有助于使風(fēng)輪持續(xù)在良好的迎風(fēng)狀態(tài)，從而使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率最大化，同時(shí)也確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行更加穩(wěn)定、安全。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的偏航系統(tǒng)主要由兩部分組成，分別是被動(dòng)迎風(fēng)偏航和主動(dòng)迎風(fēng)偏航兩個(gè)系統(tǒng)。當(dāng)風(fēng)力改變時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航控制系統(tǒng)可以有效發(fā)揮調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機(jī)的作用，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)保持在風(fēng)向的正前方，有助于高效地獲取風(fēng)能，從而達(dá)到提高功率輸出的目的。

3 關(guān)于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展前景

在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)不斷被應(yīng)用且范圍日益廣闊的背景下，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在實(shí)踐操作過(guò)程中也得到了不斷的調(diào)整和改良。改變了過(guò)去風(fēng)力發(fā)電單機(jī)容量小的弊端，不僅擴(kuò)大了單機(jī)容量，也從陸地轉(zhuǎn)變?yōu)楹Ｉ巷L(fēng)力發(fā)電，減少了對(duì)陸地資源的占用。同時(shí)，長(zhǎng)葉片高塔筒代替了小葉片低塔筒、恒速的發(fā)電機(jī)組向變速方向轉(zhuǎn)變、有齒輪箱改成直驅(qū)永磁式等。

3.1 大容量的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)

雖然風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的容量增大了，但在具體工作過(guò)程中還存在一些弊端。只有新的技術(shù)突破才能滿(mǎn)足日益增多的電力需求。目前，就風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量而言，發(fā)達(dá)國(guó)家向40MW的發(fā)展方向邁進(jìn)，所以我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電相關(guān)科研技術(shù)人員一定要加大科研力度，促使風(fēng)力發(fā)電機(jī)向風(fēng)力發(fā)電站發(fā)展，從而最大程度地提升風(fēng)能利用率[3]。

3.2 海上風(fēng)電

現(xiàn)階段，我國(guó)的陸地風(fēng)力發(fā)電雖獲得了廣泛且有效利用，但受地理?xiàng)l件影響，存在一些地方的陸地風(fēng)能不充裕，所以風(fēng)力發(fā)電風(fēng)能逐漸向海上風(fēng)能的方向發(fā)展，其規(guī)模也日益擴(kuò)大化。海上風(fēng)力發(fā)電的好處不僅僅是減少對(duì)土地資源的占用，更顯著的優(yōu)點(diǎn)是海上的風(fēng)能充裕，擴(kuò)大規(guī)模、大量生產(chǎn)的發(fā)展前景廣闊[4-5]。

3.3 直驅(qū)永磁同步和變速恒頻

當(dāng)前的風(fēng)力發(fā)電主流是變速恒頻式，變速恒頻和直驅(qū)永磁同步的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)在交流技術(shù)和可靠程度上有著明顯的優(yōu)勢(shì)。采用直驅(qū)永磁同步的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，有助于增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠程度，并且全功率的變流技術(shù)可以有效符合低壓穿越需求。

4 結(jié)語(yǔ)

伴隨著多方面技術(shù)的快速提升，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電水平也獲得了顯著優(yōu)勢(shì)，未來(lái)的市場(chǎng)將越來(lái)越廣闊，處理風(fēng)力發(fā)電的規(guī)模化相關(guān)問(wèn)題，增強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電的可靠程度，采取更加高效地方式獲取風(fēng)力資源，促進(jìn)風(fēng)能的轉(zhuǎn)化利用率等已亟待被合理處理和解決。加強(qiáng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電能源轉(zhuǎn)換效率和相關(guān)控制技術(shù)的研究，有助于進(jìn)一步提高風(fēng)能的利用率，為風(fēng)力發(fā)電的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。