浅谈大型陆上风力发电技术

邹敦宇

摘  要：近年来我国对于绿色环保能源越来越重视，风能作为可再生能源的一种，近年来在全国各地得到推广。随着我国相关技术的不断革新与发展，风能成了继水能之后最具开发潜力的能源之一，在政府的经济补贴和国家的政策鼓励下，风力发电技术得到快速发展，很多的发电企业在该领域投资发展风能发电技术，风能发电行业成了快速发展的新秀。该文首先对大型陆上风力发电技术进行论述，其次介绍了大型陆上风机关键技术，最后简述了我国大型陆上风机技术存在的不足之处及发展方向，希望为相关研究人员提供借鉴与参考，促进我国大型陆上风力发电技术的发展。

关键词：再生能源;陆上风力发电;发电技术

中图分类号：TM315              文献标志码：A

0 引言

世界上第一台真正意义上的风力电机，于1941年在丹麦制作而成，20世纪60年代中东的石油等资源能源被广泛开采和利用，使得油价经济又实惠，而风能发电则逐渐淡出了人们的视线。煤和石油等不可再生能源产生的能量，虽然能满足工厂企业的使用需要，但是煤和石油终究是不可再生能源，开采麻烦且终究会有用完的一天。在1973年爆发的世界能源危机中，该问题的负面影响被急剧放大，受到经济危机冲击的欧美各国，开始逐渐重视对于风能的研究与利用，他们研究如何利用风能来发电，这不仅有利于缓解不可再生能源使用紧缺的問题，而且有利于保护地球的生态环境和人类的生存环境。

1 大型陆上风力发电机的快速发展

中国的国土面积辽阔，西北地区由于地势的原因，相对于华东、华南地区而言，其风能储量丰富，普及使用风力发电，不仅有利于节约不可再生能源，同时也是对于风能的有效利用。

我国陆地风能储藏量丰富，风力发电合计10亿kW，是水力发电总量的3倍左右，且陆上风力发电的成本造价远远低于水电站的建设费用，因此在我国风能发电应该得到大力推广。

风力发电设备的造价与风力发电机的单机容量大小有密切关系，如果所需的机组较少时，建设的基本费用就较低，则有利于节约成本，如果发电机可以按一定的形式进行布局，有利于降低风力发电的成本造价，且风力发电时的单机容量越大，越有利于节约成本造价，因此风力发电机的单机容量从20世纪80年代初的55 kW，发展到20世纪80年代中期到90年代初的100 kW～450 kW，90年代中后期以500 kW～1MW为主等，而2010年的发电机容量已达到1000 kW的风电机组，2016年欧美和澳洲的发电机容量已达到l5 MW～20 MW的风电机组，由此可见，近几十年来风力发电不断发展进步，为人类的进步发展提供能源动力。

2 大型陆上风力发电机的关键技术

2.1 大型陆上风力发电机机械部件技术情况

大型陆上风力发电机是由齿轮箱、发电机、叶片、轮毅、主轴、机舱座和塔架等组成的。在施工时，对于叶片和齿轮箱等部件的技术要求相对较高，如果叶片设计不合理很可能在使用过程中突然发生断裂，最终影响风力发电机组的正常使用，且叶片的形状与风力发电机组和风能的利用效率有较大联系，因此研究设计人员在设计叶片时，需要考虑的影响因素较多，象叶片的大小、形状、耐久性、叶片与齿轮之间的摩擦力大小，在遇到强风的情况下是否会因为转速过快而发生破坏等因素。因此设计人员在进行设计时需要在进行较多的实验之后，才能确定合适的使用叶片及相关配套机械设施。

2.2 大型陆上风力发电机的控制策略

风力发电机在使用的过程中，不仅需要相关设计人员设计好良好的外形，还需要对其进行系统化的控制，上面两者的有机结合，才能将风力发电机的良好性能完全发挥出来，通过对陆上风力发电机进行良好的外形设计，保证风力发电机在使用过程中能够获得较多的风能，将其转化为机械能后再转变为电能，提高风能的利用效率，通过制定系统化的控制策略，考虑到在风力较小时风力发电机该如何运行，以及风力较大时该如何控制风力发电机的运转速度，从而将发电机的使用效率提升到最大值，在保证发电机正常发电的同时，确保风力发电机在工作时候的安全。

2.3 大型陆上直驱式风力发电机的技术特点

目前直驱式风机不需要齿轮转向就可以正常运转，通过对风轮驱动发电机进行发电，对于发电机的利用效率就会有较大改观，而且能够保证风力发电机运转时叶片的稳定性，不会对叶片造成任何的破坏。但是这对于直驱式风力发电机的机型设计要求十分严格，使用的材料成本比之前制作风力发电机时要更为昂贵，这虽然增加了风力发电机的设计成本，但对于风力发电机取得的发电效益而言，还是具有很大的研究价值。

3 国内大型陆上风力发电机技术存在的不足及其未来发展方向

由于风力发电目前在我国是一个新产业，正处于技术研究和项目起步的阶段，国内相关研究对风力发电可行性理论分析比较少，近年来，虽然我国对风力发电技术的研究取得了令人瞩目的成就，但是还有一些不足之处需要引起我们的注意。

3.1 风电规划、基础配套设施建设制约风电产业发展

目前我国的风力发电场大部分建于我国西北边疆的沙漠、戈壁、边疆、华北平原、东北平原等地。虽然上述发电场地理位置优越，风能资源特别丰富，但上述地区距离发电负荷中心的距离相对较远，这就造成上述地区的电网结构相对薄弱，而电网结构相对薄弱就严重削弱了我国对风能资源的开发使用和研究。随着我国近年来对风力发电场项目研究和建设规模的逐步加深、扩大，一些地区电网结构相对薄弱的问题日益凸显。我国相关部门对规划风力发电项目产业严重滞后于风力发电项目的发展速度，其主要表现在以下3个方面：第一，风力发电项目的基础配套设施建设相对落后;第二，相关研究人员对风力发电项目缺乏足够的资源评价评估;第三，国家、地方政府及相关部门对风力发电项目的具体规划不合理。

3.2 风力发电严重的依赖于政府补贴

我国地方政府和相关部门通过财政补贴对风力发电产业项目进行政策、资金的大力扶植帮助，目前我国政府及相关部门对风力发电产业项目的财政补贴比例相对于他国来说已经是很高的了，特别是在我国火电标杆上网电价低的地区，在我国新疆维吾尔自治区的哈密，其2015年底已并网风力发电的电价是0.51 元/kW·h，火电标杆电价是0.25 元/kW·h，财政补贴占比已经高达51.5%，这一比例已经远远高于欧美国家，造成风力发电产能过剩等不利因素，给国家财政带来巨大亏损。

3.3 风力发电机制造商对国外技术的依靠

目前我国很多地区的风力发电机制造商通过购买欧美国家的风力发电核心技术，实现产业项目的建成与扩大，这就造成我国风力发电技术无自主研发、风力发电关键设备材料严重依靠国外进口的问题越来越严重。依靠国外进口不仅加大了风力发电机组建设的生产成本，而且造成目前我国风力发电机单位千瓦造价在4 000元上下浮动不变;其次依靠国外进口造成会风力发电技术项目的产业更新比较慢，在风力发电机重要的核心技术上依然严重依赖国外提供技术支持。

参考文献

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