风力发电及其技术发展综述

白晓红

内蒙古中广核风力发电有限公司

风力发电及其技术发展综述

白晓红

内蒙古中广核风力发电有限公司

风是由空气流动引起的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。因地表受太阳辐照后气温等变化不均造成大量空气流动，其所产生的动能就称为风能。利用风力发电具有环境效益好、基建周期短、装机规模灵活等优点。世界气象组织(WMO)和中国气象局气象科学研究院的数据分析表明，地球上可利用的风能资源为可利用水能的20倍，约为200亿KW，风能资源相当丰富。在应对当前全球气候变暖等环境危机的背景下，风能作为一种具备相当优势、技术成熟、成本可观的清洁型能源，已经受到了广泛重视并成为具有广阔应用前景的能源之一。

风力发电；技术；发展

目前普遍采用的风力发电机包括同步交流发电机﹑异步交流发电机和直流发电机三种。采用发展风力发电其中可以减少对石化能源的依赖，减少化学物质的排放量可以保护我们地球的环境。随着大规模可再生风力发电技术不断进步，在不久的将来清洁可再生风能将会变成我们生活中不可缺少的资源。因此，国内外许多国家都十分重视发展这一新型的可再生发电技术—风力发电技术。加快我国风电项目建设，对于促进我国沿海地区治理大气雾霾﹑调整能源结构和转变经济发展方式具有重要意义。

1 风力发电的发展现状

风力发电是一种利用风动能转换为机械动能，再向电能转换的过程，其工作原理是借助风的动力来推动风车叶片旋转，再通过增速机加快风车叶片旋转的速度，带动发电机发电。风力发电具有环保﹑节能等优点，自从我国2005年《可再生能源法》立法之后，风能﹑太阳能﹑生物质能﹑水能以及海洋能等可再生能源的得到充分重视，在能源发展中占据着重要地位。在世界环境问题日益严峻的背景下，减轻二氧化碳排放量是世界各国发展的必然要求，为顺应这种发展趋势，降低化石能源的利用率，大力发展发电在内的可再生能源﹑核能等，是世界能源发展的基本内容，也是我国战略新兴产业规划的重要组成部分，对我国国民经济增长起着重要作用。

2 风力发电机的类型

2.1 按储能容量划分

风速的大小影响着发电机输出功率的大小，风速的稳定性直接影响着发电机输出功率的稳定性。目前我国采用储能电池通常为铅酸蓄电池，根据风力发电产生的储能容量风力发电机组被划分为如下4种种类：容量在0.1到1千瓦之间的为小型风力发电机组，容量在1到1000千瓦之间的为中型风力发电机组，容量在1000到10000千瓦之间的为大型风力发电机组，容量在10000千瓦以上被视为巨型风力发电机组。

2.2 根据轮轴的安装方式划分

1)水平轴式安装的风力发电机。水平轴式安装的风力发电机一般由塔基和塔基上部搭载的工作翼舱构成。工作翼舱里一般会布置有齿轮调速系统﹑液压系统﹑发电机系统等机构。一般的风机上安装的翼片数有3到6个。水平轴式安装的风力发电机上安装调向装置是为了让风机上安装的翼片最优的迎风角度，从而使得风机产生更大的响应容量。2)垂直轴式安装的风力发电机。20世纪30年代研制出了垂直轴式安装的风力发电机。垂直轴式安装的风力发电机可以分别利用翼型升力和空气阻力做功来输出电能。Darrieus型风机为其中一类具有典型代表性的风力发电机，常见有Y型﹑H型﹑菱形等多种类型。S型风轮是第二类风机的典型结构，它由两个轴线错开的半圆柱形组成，其主要优点是起动时转矩较大。

3 风力发电技术的发展趋势

3.1 变速恒频控制技术

在传统的风力发电机组中，采用的大多是恒速恒频控制技术，具有结构简单﹑控制方便﹑性能可靠等优点，但是，在这种控制技术下，当风速改变时，风力机转速保持不变，风力机无法保证最佳转速，会降低风能利用效率，减小输出功率，从而影响发电效率。变速恒频控制技术就有效改变了恒速恒频控制技术的不足，根据风速情况适当调节风力机转速，可以使风力机保持在最佳转速状态，有效提高风能利用系数，最大程度的捕获并利用风能，使机组运行处于最优化，提高发电效率。当前，在我国风电机场建设中，风电机组控制采用的大多是变速恒频控制技术。

3.2 单机从小容量到大容量发展

为提高风能及发电设备的利用效率，减少风电场的占地面积，使风电产业的经济利益最大化，兆瓦级大容量机组已成为发展趋势。

3.3 定桨距向变桨距变速发展

风能具有随机性和爆发性的特点，当风速变化时，改变风轮的桨距角使其保持在最佳叶尖速比。以期获得风能的最大利用效率。并且在电网发生故障时，通过调整叶轮桨距角减少风能捕获，以利于机组紧急停机或配合低电压穿越控制策略。

3.4 双馈主导，直驱引领

由于双馈风机技术较为成熟﹑控制性能好﹑生产成本低等优点，已占据风电市场的主导地位。而与之相比的直驱电机，因减少了齿轮箱带来的故障隐患，提高了运行可靠性，与之相连的全功率变流技术具有良好的低电压穿越能力。因此，直驱风机及其衍生的半直驱风机将引领未来的风电市场。

3.5 变桨距调节技术

变桨距调节技术是通过在风力机组加装叶片桨距调节装置，根据风速情况来改变桨距角，在运行时，通过桨距角的改变来调节转速，在输出功率小于额定功率时，桨距角为0，无需控制；在输出功率超过额定功率时，通过调节变桨距改变桨距角，维持输出功率的稳定，优化机组输出功率特性，改善机组的启动性能。变桨距调节技术不仅具有载荷控制平稳﹑高效﹑安全的优点，还可以降低桨叶所受到的应力，减少叶片制造材料，减轻机组重量，延长机组使用寿命，对风电系统运行性能提升有着积极作用。

综上所述，风力发电对改善我国电能情况﹑减轻环境污染﹑节约能源等都有着重要意义，大力发展风力发电，是我国社会经济发展的重要要求。近些年来，我国风力发电发展较为迅速，在风力发电技术方面，有了长足进步，风力发电的商业运行水平不断提高，但依然有许多不足之处。因此，加强对风力发电的研究，加大在风力发电方面的投入，是我国电力行业应当重视的工作。

[1] 李军军，吴政球，谭勋琼，陈波.风力发电及其技术发展综述[J].电力建设，2011，08：64-72.

[2] 鄂春良.海上风力发电及其控制技术[J].电器工业，2007，01：28-30.