风力发电技术的发展及相关问题研究

刘海钧

[摘 要]随着我国经济的飞速发展，人们对电的需求量不断增加，传统的煤炭发电不论是从环境保护角度还是从发电量的角度而言都不能满足人们日常生活和工业生产的需求。社会的发展离不开能源，我们要在积极响应国家可持续发展战略的基础上开发出更多的可再生能源，支持经济的发展和满足人民日常生产，生活的需要。风能，作为一种可再生，无污染的新型能源，不论是从生产成本还是从发电量的角度而言，都极大程度的符合现阶段社会发展的需求，从而引起了社会的广泛关注。

[关键词]风力发电技术 发展 问题研究

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）12-0036-01

全世界范围的石油危机使得世界各国开始意识到不可再生能源可利用率的不断减少，开发新型可再生，可循环使用能源的必要性和迫切性。如风能，太阳能，这一类能源不仅对环境的污染小，满足社会可持续发展的需求，而且利用率高，其中表现尤为突出的就是风能，利用风能最直接的方法就是风力发电。风力发电技术的发展在一定程度上加快了社会经济的发展和提高了人们环境保护的意识，因此，探讨风力发电技术的发展历程和我国风力发电技术存在的问题，对促进风力发电的应用具有重要作用。

一、我国风力发电技术的发展

1986年，我国第一座风力发电场在 山东荣成建成并投入使用，该风力发电场总共安装了3太55KW风力发电机组，该风力发电站的投入运行，标志着风能正式应用于电能的生产，随后，风力发电如雨后春笋般迅速发展，其建设规模不断扩大。1989年底。我国风力发电机组总装机容量不过4200KW，到1996年后，风力发电逐渐进入扩大建设规模的阶段，截至1993年底，风力发电机组总装机容量达到22.6万KW。到2004年初，我国就已经有将近14个省，自治区建立了风力发电厂，其总的发电量占全国总发电量的12%，总装机容量达到了550MW。

风电规模的不断扩大以及技术水平的不断提高使得我国的风力发电得到了空前的发展，其中表现尤为突出的就是中小型电力行业的迅猛发展，据不完全统计，截至2008年底，我国中小型发电机组的生产，研发单位达到了80家，总共可以生产的机型达到19种，年生产能力不断提高。除此之外，大型发电机组也取得了可喜的成绩，我国已经可以生产和研发1.5MW的风电机组，并且更大容量的发电机组也在不断的研发。[1]截至2013年。我国风电发呆呢机组总装机容量达到了5321.4万KW居世界前列。

二、我国风力发电技术存在的主要问题

（一）风力发电稳定性有待提高

随着风能发电技术的不断发展，导致风能大规模的被开发和利用，并网，风电功率的波动性和随机性对电能的稳定性产生的影响逐渐凸显。风电和水电，火电不同，它并不是时时刻刻都可以保持稳定，当风电总量超过电网总量的5%时，电网的稳定性就会收到干扰，极大程度的影响供电质量。电网很强，而风力发电又很容易被消纳，如何解决电网重负超过其负重能力的问题成为了影响风力发电长久发展的重要问题。并网所带来的瓶困扰将极大程度的影响风电产业的发展，为有效解决这一问题，在国外主要采用分散入网的方式，选择这种入网方式的有点在于当风速很快且风向变化较多时，风电发电机极不稳定，不能够满足并网的条件，风电机可以随时脱网，等到风速和风向稳定后，又可以随时并网，减少了对电网的影响。而我国的风电发电机组大多采用的都是软并网方式，这种连接方式虽然在一定程度上可以降低工程造价，但是当风速较快，风向转变较快的时候，风电的不连续性和不稳定性，导致风机出力出现波动影响总电网的稳定性，这种技术上的缺陷在很大程度上显示了风能发电的进一步发展。

（二）风力发电机组的控制系统有待优化

一般而言，风力发电机组是复杂多变量非线性系统，这种非线性系统导致风力发电机组具有不确定性和多干扰的特点。风力发电控制系统的运行效率受控制技术的影响，良好的控制技术不仅可以提高控制系统运行效率还可以减少系统运行成本，而风电控制系统的基本目标就是通过优化功率，减缓疲劳荷载，稳定结构动力等策略保证机组的正常运行，延长机组的寿命的同时获得最大的能量。但是由于风力发电的稳定性不如水力发电和核电，增加了风力发电系统的控制难度。一般而言，当风力发电机组处于疯狂运转状态时，可以通过风轮叶片的自动卸载，使叶片和风向平行，减少叶片和风力的抗力，抵御风的破环作用。但是，由于风轮自动卸载技术的不成熟和其他因素的影响导致在我国，风电机在台风中受损的情况时有发生，说明我国风力发电控制系统的可靠性还有待提高，风电机控制系统的缺陷将在很大程度上影响风能发电的长久发展。

三、解决措施

综上所述，我国风力发电系统存在的问题，主要是由风力发电技术的不成熟造成的，因此，为有效的从根源上解决这些问题，关键在于技术的不断改进，其中用的最多的就是功率调节，功率调节又可以分为以下几种：

（一） 定桨距失速调节

定桨距是指风轮的桨叶和轮毅刚性连接。当气流流经上下翼面形状不同的叶片是，因突面的弯曲使得气流加速，压力较低，凹面平缓使气流的流速减缓，压力较高，因而产生升力，定桨距失速控制没有功率反馈系统和变桨距执行机构，因而整体结构简单，零部件少，造价低，并且具有较高的安全系数。

（二）变桨距调节

变桨距型风力发电机使风轮叶片的安装角度随风速变化，变桨距机组可对转速进行控制，并网后可对功率进行控制，使风力机的气动性能和功率输出性能得到显著的改善。这种方法可以减少材料的使用率，降低机组的重量。

（三）主动失速

这种体哦啊姐方式是前两种调节方式的组合体，不需要灵敏的调节速度，执行机构的功率相对较小。

结论

风能发电技术在将风能转化为电能的过程中没有产生任何污染的关键在于该过程只是降低了气流的流速。因此，风能发电对保护环境，维持生态平衡，改善能源结构和响应国家可持续发展战略具有重要意义。风力发电技术设计到众多学科知识，如自动控制，力学，机械传动，空气动力学等，是一门复杂的综合学科，要想完全了解该技术，还需要不断的研究，不断的探索。本文在探讨风能发电技术在我国发展的基础之上，探究我国风能发电技术存在的问题，并提出相关的解决措施，希望对促进风能发电技术在我国的长久发展有一定的积极作用。

参考文献

[1] 尹强.风力发电技术的发展及若干问题[J].中国科技投资，2013，26：115.

[2] 黎作武，贺德馨. 风能工程中流体力学问题的研究现状与进展[J].力学进展，2013，05：472-525

[3] 翟志丰.风力发电技术发展问题及对策研究[J].科技风，2015，15：43.

[4] 姜楠.深海风力发电技术的发展现状与前景分析[J].新能源进展，2015，01：21-24.