关于分布式风力发电技术与系统的探讨

王海军 王磊

摘要：随着经济的发展和人民生活水平的提高，对电能的需求越来越大，传统的火力发电已经很难满足当代社会对电力能源的需求。风力发电技术因为无污染、可无限循环使用，近几年取得了很大的进展，在很多地区得到了广泛的应用。风力发电技术的应用前景和发展潜力非常可观，文章对分布式风力发电技术与功能系统进行了深刻的分析与探讨。

关键词：分布式；风力发电；供能系统；可再生能源；风点能源

中图分类号：TM614 文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）31-0087-03

随着全球能源紧张进一步加剧，可再生能源越来越受到人们的广泛关注。作为重要的可再生能源，风电资源近年来得到了进一步的开发利用。风力发电技术发展到今天已经相对成熟，其应用前景在全球能源枯竭的背景下也越来越光明。风电资源清洁无污染、安全可控，是一种优质的可再生新能源，分布式发电技术在我国已经得到广泛的应用，我国风力发电网已经与其他电网联合运行，给现代电力发电系统运行与控制带来巨大的变化。因此，笔者对分布式风力发电技术的研究具有重要的理论意义和重大应用价值。本文首先简要介绍了分布式发电对我国能源产业的发展和能源利用结构的意义，对风力发电的现状进行了简单分析，阐述了分布式风力发电系统和技术的关键性问题，最后对分布式风力发电的未来研究方向和需要进一步研究的问题做了展望。

1 发展分布式风力发电的意义

我国是人口大国，也是能源消耗大国，近年来随着经济的发展对电能的需求愈加迫切，传统的火力发电已经很难满足社会的电能需求，而且日益突出的环境问题也不适合在大力发展以燃煤为主的火力发电。放眼全球，能源紧张已经成为困扰世界各国的一大难题，能源安全成为新的国际问题。在这种背景下，大力发展可再生能源成为解决这一难题的有效途径。分布式风力发电技术投资小，见效快，无二次污染，系统运行安全可靠，是解决我国环境污染和保障我国电力安全的重要途径之一。分布式风力发电除直接向终端电能用户提供电能外，还可以将分布式发电供能系统以微网的形式接入电网，与大电网并网运行，相互支撑，在电能利用结构上，有效调节用电峰谷，减轻用电高峰期电网负荷压力，促进电能资源的优化配置，是发挥分布式风力发电供能系统效能的最有效方式。

在众多的可再生能源中，风电资源是目前应用最为广泛、技术条件最完备、投资成本与产出比例最高的一种，随着分布式发电与供能技术的发展，风能与太阳能等可再生能源作为分布式电源并网发电是必然趋势。我国风能资源分布广泛，很多地区都具备利用风能建设分布式风力发电厂的优良条件，当前应当大力发展可再生能源，加大对相关科学研究项目的投入力度，提高风力发电装备制造水平，对分布式发电系统与接入电网并网运行相关控制技术加快研究步伐，尽快优化电网运行结构，提高电力资源的利用率。分布式发电接入电网并网运行会对传统电网的运行稳定性和整个电力系统的系统控制和继电保护带来一定的影响，所以相关的微网运行控制技术和关键的电子设备研发技术一定要研究成熟。分布式风力发电机按照机组容量可以分为大型风力发电机组与中小型风力发电机组。我国幅员辽阔，边远地区架设输送电网路十分艰难，采用分布式发电机组实行离网发电可以有效解决边远地区的用电难题。

2 风力发电现状及分析

风能是一种优质的可再生能源，可以无限循环利用，利用风能发电不会产生任何污染，对环境没有任何破坏，所以说风电是一种十分清洁的能源。在传统能源日益枯竭、环境问题愈演愈烈的今天，风电能源的开发利用拥有广阔的发展前景。地球上的风无处不在，只要有太阳，地球上就会循环产生大气流动，从而产生风能。所以说，风能几乎是取之不尽、用之不竭的一种能源。尤其是一些交通运输不方便的偏远山区、海岛、草原等地方，传统的电网铺不过去，常规的煤油气等能源又运输不便，在这些地方建设分布式的风力发电机组具有天然的区位优势。风力发电对我国偏远地区的人民群众生产生活的改善有着重要意义。我国国土面积广阔，地理环境复杂多样，利用风能发电可就地取材，无需运输，具有很大的优越性。风电强大的优越性和顽强的适应性在能源紧张的今天发展潜力巨大。

3 分布式风力发电研究

3.1 分布式风力发电系统的特点

分布式风力发电系统的最大特点就是环境适应性强，无论是高原、山地，还是海岛、边远地区，只要风能达到一定的条件，都可以正常运行，为用户终端供电。一般来说风力发电和太阳能光伏发电是可以互相补充的，风力发电机组和太阳能光伏储电装置通过技术改造可以共同组合成一套联合供电系统，解决小范围的居民生活用电完全不成问题。

3.2 分布式风力发电技术发电原理

风力发电从技术角度可以分为恒速恒频和变速恒频两种类型。变速恒频技术因其利用风能充分、控制系统先进、灵活而成为风电技术的主流。在实际利用中，分布式风力发电一般与其他发电形式相互组合，例如风力发电同太阳能发电相组合形成的“风光”发电系统；风力发电同柴油机组发电组合形成的“风油”发电系统；还有三者共同组合成的“风光油”发电系统。不同地区根据各自不同的特点选择适合自身条件的组合形式，充分利用环境优势发展新型能源。尤其值得关注的是“风光”组合发电系统，使用纯天然、无污染的风能和光能发电，代表着分布式发电技术的未来发展方向。从严格意义上来说，风能也是来自于太阳能，是太阳对地球大气造成影响产生的气流，无论是在时间上还是在空间上，二者都有着很强的互补性，太阳能光伏发电技术和风力发电技术在环境适应性上不相上下，都适合建立分布式发电机组，二者组合拥有良好的匹配性，在未来很长一段时间里会成为引领可再生能源开发的趋势潮流。从风能资源的地域分布上看，越是位置偏远、人烟稀少的地方风能资源就越丰富，而这些地方无论是交通成本还是常规电网供电成本都相当的高，由于人口稀少，用电负荷普遍不高，在这些地区周边发展风力发电，能够充分利用好丰富的风能资源，除供应周边居民用电外，还可以接入大电网支持周边城市的电网

供应。

3.3 分布式风力发电应用前景

我国的风能资源在地域分布上范围十分辽阔，四大高原地形、内蒙古大草原、覆盖大部分地区的山地、众多岛屿、平原丘陵等地区都有十分丰富的风能资源，分布式风力发电技术在我国有着广阔的应用前景和巨大的商业潜力。目前我国对风力发电技术的应用主要在小型分布式风力发电机组上，如为高原地区的农牧民提供用电服务的小风电机组。在提倡节能减排，发展低碳经济的今天，一些城市也在逐步探索开发利用新型能源，安全无污染、技术相对成熟、环境友好型的风力发电技术不断被应用在城市建设中。随着传统常规能源价格进一步上涨，风电的成本优势会更加凸显；科技的进步和社会经济水平的进一步提高会使电力需求不断增加，未来分布式风力发电的应用会越来越多，小型风电业在不久的将来定会发生翻天覆地的变化，取得长足的进展。

4 分布式风力发电系统的分析

4.1 分布式风力发电机研制方面

考虑到分布式发电系统的安全性、可靠性、经济性与适用广泛性的要求，需要风力发电机有较宽的工作风速范围（3～25m/s），使用变速恒频技术可以使风力发电机在更宽的工作风速范围内保持正常运行，最大限度地开发风能资源，提高风电机组的发电效率、降低单位功率的风力发电成本。在大型风力发电机组中，风力发电机的工作风速问题在一定程度上得到了解决，如图1所示，大型风力发电机在对风能的开发利用上，在运行中主要通过两个阶段来实现，当风况低于额定风速（14m/s）时，发电机组可以自动控制反力矩将机组的转速同风速相吻合；当风况高出额定风速时，发电机组通过自动改变桨距来调节发电机功率，使输出电压保持稳定。除了大型风力发电机组，其他中小型机组往往采取固定桨距，改变输出功率的方式来适应风速变化，如图2所示，当地风速高于额定风速（中小型风力发电机额定风速为11m/s）时，发电机组的输出功率就会下降，对风能的开发利用就不够充分，风电效率进而降低。

由此可见，大型风力发电机组同中小型定桨距风力发电机二者无论是内部结构还是运行成本上都存在着诸多差异。从对风能的利用上来看，中小型定桨距风力发电机不能够充分开发利用风能资源，这对于分布式风力发电技术的要求来说并不相符。国外曾有技术人员尝试将大型风力发电机组的反力矩装置和相关技术应用到中小型风力发电机上来，虽然付出了大量的艰辛努力，做了无数次试验，最终还是失败了，事实证明，二者间变桨技术的简单移植没有可行性。想要完全解决这一难题，中小型定桨距风力发电机能够符合分布式并网风力发电技术的具体要求，就要对中小型风电机进行专门的攻关设计。为此，国内相关的科研机构在这一领域都进行了不懈的研究试验，并取得了一定的理论成果，掌握了风力发电技术试验的相关数据，在这一领域的研究填补了国内空白，在国际上也处于领先地位。

4.2 分布式发电理论与技术研究方面

分布式风力发电技术从20世纪70年代以来经过国内外众多专家学者的努力研究，到今天已经相当成熟。当前，在能源、环境等问题的巨大压力下，风力发电又一次焕发青春，再次受到各个国家和地区的高度重视。随着科学技术的进步，风电行业科技应用水平不断提高，风电的单机容量和应用领域也不断扩大。目前笔者所知的风力发电机的单机容量最高已经达到了2000kW，风电机组的风轮直径也变得越来越大，变速变桨技术在风力发电技术上应经得到普遍使用。

总之，分布式风力发电技术作为一种新型的可再生能源，以其自身的诸多优势正获得越来越多的青睐，传统能源的枯竭和环境问题的日益恶化使未来的能源开发领域逐渐转向可持续发展的可再生能源，分布式风力发电技术正面临着巨大的发展

机遇。

参考文献

[1] 唐捷，肖园园，李欣然，张元胜.分布式风力发电对综合负荷特性的影响[J].电力科学与技术学报，2012，（2）.

[2]齐放，刘亚非，梁亮，李海峰，孟继周.美国分布式风力发电政策研究及启示[J].能源技术经济，2012，（2）.

[3]张旭，吕新良，宋晓林，沙宇恒.小型分布式风力发电系统设计及控制技术[J].陕西电力，2012，（1）.

[4]吴博，杨明玉，赵高帅.含双馈风力发电机的配电网故障计算[J].陕西电力，2011，（10）.

[5]李国庆.内蒙古通辽市科左中旗分布式风力发电可行性研究[J].内蒙古民族大学学报，2011，（2）.

（责任编辑：周加转）