风力发电技术发展现状及趋势

李 凯（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都611130）

风力发电技术发展现状及趋势

李 凯（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都611130）

随着经济及社会的不断发展，低碳环保理念逐步成为人们关注的焦点，并在各个领域中得以深入发展。近年来，能源企业对清洁新能源的研发予以高度重视，尤其是风力发电技术。本文主要从风力发电技术现状及关键问题入手，重点就提高风力发电技术水平及未来发展趋势进行了分析，以期对风力发电企业以及新能源企业的发展提出建设性的思路。

风力；发电；发展现状；趋势

1 引言

近年来，随着风力发电技术的不断发展，能源企业对风力发电技术的研究力度和应用投入也不断加强。但是，在实际发展过程中，通过对风力发电技术的各项调研中不难看出，风力发电尚存在机组特性与风资源、风功率预测的匹配有待于进一步提升，以及如何在边远山区开发风资源并解决运输困难等方面问题，对风力发电技术的推广和发展产生了一定的阻碍作用。为此，笔者站在大量实践经验的基础上，对风力发电技术进行了较为广泛的研究，并从以下几个方面内容展开分析。

2 风力发电技术现状及关键问题

2.1 机组技术特性与风资源匹配问题

2.1.1 风电场规模在建设风电场尤其是低风速风电场的过程中，盲目追求风电场规模而增加机位的情况普遍存在。就目前而言，很多能源企业为充分利用场地从而提高装机规模，在开发风资源的过程中，往往将风电场规模机械的规定为50、100MW等，遇到风能资源比较丰富的地区，这样做可以确保风能项目开发价值的最大化。但是对于低风速风电场而言，这样做极易导致风电项目盈利下降或亏损。在对低风速风电场进行建设的过程中，相关风资源计算人员应该与投资项目公司管理人员、项目技经人员进行积极的交流与沟通，并通过对发电小时数、度电成本变化、总投资额度、内部收益率等予以反复测算，对风电投资及建设方案进行不断调整和优化，从而实现对风电场装机规模方案的合理选择。

2.1.2 尾流影响

一般来说，风资源好的机位仅仅占据整个场址的一小部分。所以，在对低风速风电场的风机布设过程中应对尾流影响予以充分考虑，更不能简单的执行我国当前 “单机不超过10%、整体不超过8%”的标准。而是应该与实际情况相结合，并依据风资源以及投资情况对风电场风机位予以合理布置，尽可能降低尾流对风电场的影响。

2.1.3 轮毂高度

一般来说，在正切变风的情况下，低风速风场应选用较高的轮毂，然后依据风切变系数的变化情况，也就是轮毂高度出现变化时对发电量以及投资费用的影响予以合理对比。同时，为了对处于较高高度的风切变情况予以全面掌握，建议在低风速区域应尽量选择高度较高的测风塔，如90m等。

2.2 风功率预测技术有待于进一步提升

在实际操作过程中，风功率预测技术不仅能够改善风电并网给电力系统带来的影响，还能够进一步推进风电与电网的协调发展。通过对风电场的出力情况予以尽可能精准的预测，能源企业能够实现对常规电场发电计划的合理安排，从而减少系统旋转备用，能较为明显地降低电力系统运行成本，提高经济效益。此外，对风电负荷波动情况予以尽可能精准的预测，并据此采取合理策略，可以有效提升整个系统运行的稳定性与安全性。与此同时，提升风功率预测水平还能有效实现调度人员的合理安排、发电计划以及机组组合方案的科学性，为保障电力系统提供较为有力的支撑。

在国外，进行风功率预测工作已经有二十多年的历史，而且在短期精准预测方面已经实现了商用化，比较著名的商业软件主要有美国True Wind Solutions公司的E-Wind、德国的WPMS、法国Ecole desMines de Paris公司的AWPPS等。就目前而言，国内针对风功率预测方面的研究工作起步比较晚，尚处于发展阶段。为此，应在积极引进西方发达国家先进技术及经验的基础上，加大自主创新力度，从而开发出于我国国情相适应的风功率预测技术及工具。能够满足实际的、较为准确的风功率预测系统是我国进行大规模风电开发的基本前提和重要保证。

2.3 边远山区风能开发及运输问题

为了有效实现对边远山区自然资源的充分利用，并提高当地的经济社会发展水平和人民群众的生活水平，政府部门可以根据当地的自然资源禀赋，对如何合理、有效地开发当地的风能资源进行思考和研究论证。具体来讲，就是依据当地的历史气象数据及地形地貌，密切与具备较高技术水平的科研机构合同，在当地总体经济社会发展规划、能源规划的框架下，提出符合实际的风资源开发规划。在实际操作过程中，边远山区风能开发具有以下几个方面的困难：

2.3.1 资源丰富，观测资料匮乏

因技术及经济条件的影响，我国气象观测网站点比较少，且大多数分布在县级以上的城镇周边，其观测资源仅仅能够城镇附近的情况予以客观显示。加上，地形地貌对风资源产生重要影响，特别是在山区，这种情况更为显著。可以说，在各种气象要素中，风资源对地形地貌的敏感性最高。我国现有风能资源观测资料仅仅是几处典型情况，并不具备局部或较小区域内的全面性与客观性，虽然其能够在一定程度上反映出我国某处高山风场的风能资源情况，但由于地形地貌的复杂性，仅仅靠几个站点的观测数据，无法实现对山区风场风能资源的精准推算。也就说，风能资源观测资料的缺乏是阻碍边远山区风电开发的一个主要因素。

2.3.2 分布复杂，观测难度大、评价要求高

山区风能资源除了与地形有着密切关联之外，还受海拔、植被以及坡向问题影响较大。地形以及其他因素的不规律变化，导致山区风能资源分布的复杂性。总体看来，边远山区风能资源分布具有明显的离散性，且连片风场存在面积小、风能资源分布差异明显等特点，这就对风能资源观测和评价提出了更高的要求，也给风能资源开发增加了一定的困难。

3 问题解决的途径

3.1 加大对风电技术的研究力度

具体来说，主要表现为以下几个方面：①对于那些风能密度较大的区域，可以使用调节功率的方式，有效提升发电功率，保护发电机组免受损害；②在具体调节过程中，可以通过定桨距失速型风机实现对风电功率的合理控制；③对于风资源分布不理想的区域，可借鉴光伏的储能技术，其不仅能够实现不同环境下对电能的合理利用，还能增加一定的机组容量。因此，加强风电技术的研究对于提升风力发电技术水平具有重要的意义。

3.2 建立健全可再生能源发展政策

对于全国乃至全世界而言，无论是可再生资源还是不可再生资源，都是非常宝贵的，是一个国家经济社会发展重要的发动机和支撑，并为确保国家的可持续发展打下坚实基础。所以，建立健全可再生能源的发展政策，具备相当的现实可操作性，并在实际操作过程中予以严格落实，对于一个国家能源合理开发与利用发挥着重要意义。

3.3 促进风电新技术向商用的方向发展还是采用拿来主义，风力发电技术处于不断完善的状态，商用化方式也不断成熟。在进行风力发电的过程中，加大对风电新技术商用化的力度，不仅能够明显增加机组容量，还能降低风力发电成本，提升风力发电价值，大大提升了风资源的利用效率和利用水平。

4 发展趋势预期

随着全球工业的发展，温室效应也处于逐步恶化状态，这就对环境保护提出了更高的要求。各国纷纷将关注的焦点转向清洁型能源的开发和使用上。作为一种发展初具规模且技术不断成熟的能源利用方式，风力发电在发展低碳经济中占据十分重要的地位，具有广阔的市场发展前景。就目前而言，单机容量大型化发展优势比较明显，其也必将成为风力发电的一大重要趋向。具体来说，针对驱动方式的不同，风力发电技术主要分为以下两种形式：①双馈式，其主要是通过齿轮箱多级变速来对双馈异步发电机进行驱动的，这也是当前市场的一种主流产品；②直驱式，其主要是通过风轮实现对同步发电机进行直接驱动的。因在双馈式驱动方式中，变速齿轮箱位于风力机与发电机之间，极易产生较大的噪音，且机械磨损程度也比较高，而使用直驱式风力机则可以免去齿轮箱环节，不仅降低了投资成本，还减少了停机时间、传动链损失以及能量损失等，大大降低了噪音污染，提升了系统的安全性与可靠性，市场占有额日益增大。随着经济及科技的不断发展，电力电子技术及计算机控制技术的逐步成熟，使得在大型风力发电机中运用直接驱动永磁发电机的方式成为一种可能，未来，变速恒频风力发电成为一大重要趋向。

5 结语

总而言之，风力发电作为我国能源电力发展的新兴产业，为实现能源电力行业的可持续发展及环境保护发挥着十分重要的作用。近年来，随着风力发电技术的不断发展，我国风力发电规模也在不断扩大，其在应用过程中不可避免地会产生一系列技术问题，这与相关技术人员的专业水平、能源政策的建立及完善、社会经济的发展有着密切的关系。所以，为进一步提升我国风力发电技术水平，还需要采取合理措施进一步提升技术人员专业技能、积极引进西方发达国家先进理念和技术，加大自主创新力度，为此为我国风力发电的健康、可持续发展打下良好基础。

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［3］张 宇，张 华，欧海庆.SRTM数据在山地风电场风资源评估中的应用［J］.中国电力，2015（03）：45～46.

在我国，风力发电技术起步比较晚，但是我国政府相关部门对风力发电都予以了高度重视。无论是加大科研开发投入，

TM614

A

2095-2066（2016）28-0050-02

2016-9-20

李 凯（1977-），男，高级工程师，电气工程硕士，主要从事新能源行业的规划、设计、咨询、工程管理以及能源电力的政策研究工作。