风力发电工程在港口码头中的应用

马滔

摘 要：风力发电工程是一项多学科的，可持续发展的清洁能源。它是将风能转换成电能，风能推动叶轮旋转，叶轮带动转动轴和增速机，增速机带动发电机，而发电机通过输电电缆将电能输送电力控制系统和负荷。文中主要对风力发电路灯技术基本原理及码头风能发电有利因素进行了探讨，并对发展趋势作了展望。

关键词：风力发电；码头；系统工程；节能

1 风能历史发展与现状

人类对风能的利用已有几千年的历史，最初主要是利用风力提水灌溉，到现代风能的大面积应用。

目前，风能的开发利用已经形成相当的规模，其发展大致可分为5个不同时期： ①1977～1988年，欧洲对国家级海上风电场的资源和技术进行研究；②1990～1998年，进行欧洲级海上风电场研究；③1991～1998年，开发中型海上风电场；④1999～2005年，开发大型海上风电场和研制大型风力机；⑤2005年以后，开发大型风力机海上风电场。

我国较大规模地开发和应用风力发电机，特别是小型风力发电机，始于70年代，当时研制的风力提水机用于提水灌溉和沿海地区的盐场，研制的较大功率的风力发电机应用于浙江和福建沿海，小型风力发电机的研究和推广得到了长足的发展。风能提供给人类世界的许多好处是令人瞩目的：保护环境、促进经济发展、供应的多样及安全、发展迅速，使得电网更加规模化。

2 基本原理

风力发电是将风能转换成电能，风能推动叶轮旋转，叶轮带动转动轴和增速机，增速机带动发电机，而发电机通过输电电缆将电能输送电力控制系统和负荷。

小型风力发电机组的组成：小型风力发电机组一般由下列几部分组成：风轮、发电机、调速和调向机构、停车机构、塔架及拉索等，控制器、蓄电池、逆变器等。风力发电机+充电器+数字逆变器。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是一个永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证有稳定使用。

3 发展优势

风力发电工程应用于港口码头，因为成风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染，又节约能源能耗。在港口码头作业中，很多的大型设备以及码头昼夜照明需要大量的电力。在大量的耗电过程中产生的污染不但影响港区陆地环境，更增加了海洋被影响的风险。节能已迫在眉睫，而风能已开始在世界码头范围内进行。“节约能源”一直以来就是天津港集团力推的项目，从水的循环利用到各个码头高杆灯加装节能电箱等一系列节能措施，表明集团早已走在节能的道路上。

一般说来海上年平均风速明显大于陆地，研究表明，离岸10km的海上风速比岸上高25%以上。根据资料分析，渤海2月、5-8月风速较小，10-4月风速较大，冬季发电比较理想。全年平均风速7.56m/s，全年平均风功率密度552.2w/m2。风能在沿海地带资源非常的丰富，港区码头有着天然的地理优势。港区码头发展风能发电有着得天独厚的优势：

1.天然的地理位置优势，风能资源非常丰富。据初步统计，中国陆地10m和海面15m可供开发的风力资源在10亿kW以上，相当于可开发水能资源（3.9亿kW）的2.5倍。风流过粗糙地表或障碍物时，风速的大小和方向都会变化，而海面粗糙度小，因而可能的风切变小，故塔架可以较短，成本降低，风能的损失也会变小。

2.目前拥有成熟的风力发电技术，风能电网的完善和成熟，有利于更能有效利用。是风电技术日趋成熟。更大型、性能更好的机组已开发并投入生产试运行，可利用的风速要求还会降低。

3.市场需求大，风力发电路灯作为一项高新技术产业有其巨大发展空间。风能无污染，可再生，是十分理想的清洁又可持续发展的能源，可以有效遏制温室效应，对环境保护有着重大的意义。积极响应了国家目前的节能和环保政策，市场空间将非常的广阔。

4.成本低，风力发电路灯可以得到可观的经济效益。随着中国风电设备的国产化，风能发电系统等新型技术的日渐成熟，小型风力发电的成本可望再降，经济效益和社会效益提升，小型风力发电市场潜力巨大。随着中国风力发电装机的国产化和发电的规模化，风电成本可望再降。风力发电工程建设工期短，见效快。火电、水电的建设工期需要用年来计算，而风电项目只需要以周、月来计算。结构简单，装拆、搬运、维修方便。

5.国家政策鼓励清洁能源，国家对节能用电进行补贴政策。2008年以来，受国际宏观形势影响，中国经济发展速度趋缓。为有力拉动内需，保持经济社会平稳较快发展，政府加大了对交通、能源领域的固定资产投资力度，支持和鼓励可再生能源发展。作为节能环保的新能源，风电产业赢得历史性发展机遇。因为风能路灯的使用，使码头对于集体供电的依赖降低，不仅节约了成本，而且无污染。

4 展望

总之，考虑到目前风力发电的技术成熟现状以及充分利用它所能带来的这些好处，世界各国政府正积极推出鼓励政策，抓住这个风能提供的机会，既能保证安全的能源供应，又能战胜全球气候的变化。对于经济飞速发展的中国，已经提出节约型社会的主题。风力发电被公认为是世界上发展最快的绿色能源技术，虽然在陆地风电场建设快速发展，但人们已经注意到陆地风能利用所受到的一些限制，如占地面积大、噪声污染等问题。

全球问题无疑需要全球共同努力来解决，风能能够大规模地传送。在这一过程中，风能能够满足能源和发展的需要。成本很低的单桩海上集中发电平台已成为未来风能发电的趋势。现有海上风电机组基本上是由陆上风电机组改装而来。广阔的海上场址无疑倍受人们关注。大容量风电机組的商业化运行，也为海上风电的发展提供了必要的技术支撑。因此对需求量大的港口码头来说，海上平台集中发电将是一个趋势。

参考文献

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[2]中国可持续能源仍以风电太阳能为主.中国新能源网.2008-08-19

[3]李晓燕，余志海上风力发电进展，太阳能学报，2004.2

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