加快发展我国风力发电事业的探讨

王轶夫

摘要：经过多年的努力，我国在开发利用风力资源，风电厂的建设等方面都取得了很大的发展与进步。当然风力发电也存在着噪音污染等问题，不过一般风电厂距离居民区较远，影响不大。可见，风能在保护环境、促进社会和经济可持续发展方面都有明显的优势，它是一种绿色能源。

关键词：风力发电；问题；分析探讨

1 我国的风力发电发展现状

1.1 风电企业的装机容量

现代风力发电技术面临的挑战及发展趋势主要在于如何进一步提高效率、提高可靠性和降低成本。作为提高风能利用率和发电效率的有效途径，风力发电机单机容量不断向大型化发展。从20世纪80年代中期的55kW容量等级的风电机组投入商业化运行开始，至1990年达到250kW，1997年突破1MW，1999年即达到2MW。进入21世纪，兆瓦级风力机逐渐成为国际风电市场上的主流产品。2004年德国Repower即研制出第一台5MW风电机，Enercon开发出第二代直驱式6WM风电机，预计2013年单机容量将突破15MW。从世界范围来看，1.5MW-2MW的机型占世界机组容量的比例，已从2007年的63.7%飞速上升到80.4%；而在我国，2005年风电场新安装的兆瓦级风电机组占当年新装机容量的21.5%，而2009年比例已经上升到86.86%。这表明容量风电机组已经成为我国风电市场上的主流产品。

1.2 风电企业机组控制技术水平

控制技术是风力发电机组安全高效运行的关键技术，这是因为：

（1）自然风速的大小和方向随着大气的气压、气温和湿度等的活动和风电场地形地貌等因素的随机性和不可控性，这样风力机所获得的风能也是随机和不可的。

（2）为使风能利用率更高，大型风力发电机组的叶片直径大约在60m～100m之间，因此风轮具有较大的转动惯量。

（3）自动控制在风力发电机组的并网和脱网、输入功率的优化和限制、风轮的主动对风以及运行过程中故障的检测和保护中都应得到很好的利用。

（4）风力资源丰富的地区通常环境较为恶劣，在海岛和边远的地区甚至海上，人们希望分散不均的风力发电机组能够无人值班运行和远程监控。这就对风力发电机组的控制系统可靠性提出了很高的要求。

因此，众多学者都致力于深入研究风力发电的控制技术和控制系统，这些研究工作对于风力发电机组优化运行有极其重要的意义。计算机技术与先进的控制技术应用到风电领域，并网运行的风力发电控制技术得到了较快发展，控制方式从基本单一的定桨距失速控制向变桨距和变速恒频控制方向发展，甚至向智能型控制发展。

定桨距型风力机指桨叶与轮毂的连接是固定的，即桨距角固定不变，当风速变化时，桨叶的迎风角度固定不变。失速型是当风速高于额定风速，利用桨叶翼型本身所具有的失速特性，即气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，将发电机的功率输出限制在一定范围内。失速调节型的优点是简单可靠，当风速变化引起输出功率变化时，只通过桨叶的被动失速调节而控制系统不做任何控制，使控制系统大为简化。其缺点是叶片重量大，桨叶、轮毂、塔架等部件受力较大，机组的整体效率较低，也使得这些关键部件更容易疲劳磨损。

变速恒频风力发电机组是近年来发展起来的一种新型风力发电系统，其转速不受发电机输出功率的限制，而其输出电压的频率、幅值和相位也不受转子转速的影响。与恒速风电机组相比，它的优越性在于：低风速时能够跟踪风速变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能；高风速时利用风轮转速的变化调节风力机桨距角，在保证风电机组安全稳定运行的同时，使输出功率更加平稳。变速恒频风力发电机组通过励磁控制和变桨距调节来实现最佳运行状态。变桨距是根据风速和发电机转速来调整叶片桨距角，从而控制发电机输出功率，由传动齿轮箱、伺服电机和驱动控制单元组成。随着风电控制技术的发展，当输出功率小于额定功率状态时，变桨距风力发电机组采用OptitiP技术，即根据风速的大小，调整发电机转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比，以得到理想的输出功率。

2 风力发电发展中的问题与分析

经过近几年的持续快速发展，国内风电产业的总装机容量在世界上处于领先地位，电压水平逐步提高，网络规模不断扩大，我国已形成了华北、华中、华东、华南、东北、西北等六大区域电网，基本构成了完整的跨区域远程网格体系结构.随着各种新技术在电力工业中的广泛应用，电网的数字化和自动化水平得到了极大的提高。然而，随着国内电网的蓬勃发展和电网建设的巨大成就，风电发展中存在的问题也逐渐显现出来。未来，风力发电的发展面临着严峻的问题和挑战。

2.1 风电规划方案不合理

为主体的风力资源开发和评估、电网公司、政府部门、风电开发商和其他三个部门经常制定计划对风力资源从自身的角度来看，代表不同的部门的利益，往往导致巨大的差异和失衡的规划计划。政府部门一般根据国家政策方向，以优惠政策支持和鼓励风电资源的积极开发，这将导致相关法规和标准要求的降低。出于安全生产和实际经济效益的考虑，电网公司往往对风力发电存在一定的顾虑，在具体规划时也会有所谨慎。开发人员为了追求自动化的利益，会有一定程度的盲目性。三种规划主体的差异会导致风电规划方案的偏差。因此，对风力资源进行多维度评价，形成客观合理的规划方案是风力发电发展基础的重要组成部分。

2.2 对风资源的评估不规范且水平较低

当前，国内对于风能资源的评估体系不完整、评估标准不合理、统计方法不科学。在实际的评估中，对于多种因素的影响未做考虑，比如：沙漠地带、水源地、复杂地形、自然生态保护区等因素对于评估的影响，这样，就会导致形成的评估报告不可靠、不科学。而在对于风能资源的评估和普查中，也往往是主要依据测风塔和气象站的记录，没有考虑到位置和时间等其他因素，从而导致数据不准确、不全面。

2.3 风能资源的分布与电力负荷不平衡

我国风能资源主要分布在东南沿海和三北地区，是建设大型风力发电基地的理想场所。然而，自然和优良的风能资源主要集中在这些地区的偏远地区。除了人口稠密、电力需求量巨大的城市外，风能资源的分布与电力负荷存在很大的不平衡。同时，由于各地区经济发展不平衡、供电结构和输电技术等实际因素，风电供需极不一致，可能造成较大的成本和安全问题。

2.4 风能盲目开发，风电非理性增长

近年来，由于国家政策的大力支持，许多地方政府出台了一系列优惠扶持政策，以促进风力发电的发展。然而，在政策的积极鼓励下，风电资源盲目开发，造成了一系列问题，如管理不足、储能能力和外部输电能力不足、风电联网困难、市场消耗困难等。随着风电安装规模的迅速扩大，电网自身的调节能力下降，给电力行业的安全生产带来了巨大的隐患。因此，政府必须对风电资源的开发进行科学的政策指导。在制定风电优惠政策时，必须考虑到风电资源的配置和风电行业风能区的实际情况。要合理开发能源，避免无序、盲目发展的现象。

3 结语

我國具有发展风力发电的良好条件，所以我国更应根据国情，因地制宜，一切从实际出发，采取与国外合资、积极合作的同时进行自主发展，加强自身的技术研发能力的同时加强人才培养，并制订鼓励风力发电发展的相关政策，这样的话，我国风力发电前景将十分广阔，将我国建设成风电强国的目标也指日可待。

参考文献

[1]陶金，张雪，刘煜龙，徐明辉.我国风力发电的现状和前景探讨.现代机械，2013.

[2]王成仁.博弈与规制：中国风电产业发展中的政府行为研究[D].中国社会科学院研究生院，2011.

（作者单位：华能新能源股份有限公司辽宁分公司）