風(fēng)電技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢精編

風(fēng)電技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢精編CurrentSituationandDevelopingTrendofWindPowerTechniqueThepapermainlydiscussesthecurrentsituationanddevelopingtrendofwindpowertechnique.Abstract:Keywords:anemo-electricgenerator；currentsituation；developingtrend風(fēng)電古老而現(xiàn)代，但之所以到近代才得以發(fā)展，是因?yàn)樵谶@方面存在許多實(shí)際困難。主要表現(xiàn)在：（1）風(fēng)本身隨機(jī)性大且不穩(wěn)定，對(duì)其資源的準(zhǔn)確測量與評(píng)估存在誤差；（2）風(fēng)速大小、風(fēng)力強(qiáng)弱、風(fēng)的方向都隨時(shí)間在變化，設(shè)計(jì)制造在不同風(fēng)況下都能保持穩(wěn)定運(yùn)行的風(fēng)電系統(tǒng)，并使其風(fēng)電輸出功率效率高且理想平滑十分困難3）風(fēng)為間歇式能源，有功功率與無功功率都將隨風(fēng)速的變化而變化，在與電網(wǎng)連接時(shí)，需要考慮輸出功率的波動(dòng)對(duì)地區(qū)電網(wǎng)的影響。此外，在降低制造成本和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用的前提下如何提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與可靠性、如何延長的壽命以及改善系統(tǒng)儲(chǔ)能措施使其容量更大、體積更小、效率更高且壽命更長等問題上尚有待于得到更完善的解決。1風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)能資源、組、控制裝置及檢測顯示裝置等組成。組是風(fēng)電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，通常包括風(fēng)輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、變速器及相應(yīng)控制裝置，用來實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。完整的并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。率曲線比較長期以來風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要采用恒速恒頻發(fā)電方式（ConstantSpeedConstantFrequency簡稱CSCF）和變速恒頻發(fā)電方式（VariableSpeedConstantFrequency恒速恒頻發(fā)電方式，概念模型通常為“恒速風(fēng)力機(jī)+感應(yīng)發(fā)電機(jī)”，常采用定槳距失速或主動(dòng)失速調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)功率控制。在正常運(yùn)行時(shí)，風(fēng)力機(jī)保持恒速運(yùn)行，轉(zhuǎn)速由發(fā)電機(jī)的極數(shù)和齒輪箱決定。由于風(fēng)速經(jīng)常變化，功率系數(shù)C不p可能保持在最佳值，不能最大限度地捕獲風(fēng)能，效率低。變速恒頻發(fā)電方式,概念模型通常為“變速風(fēng)力機(jī)+變速發(fā)電機(jī)（雙饋異步發(fā)電機(jī)或低速永磁同步發(fā)電機(jī)）”，采用變槳距結(jié)構(gòu)，啟動(dòng)時(shí)通過調(diào)節(jié)槳距控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速；并網(wǎng)后，在額定風(fēng)速以下，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)反轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)速跟隨風(fēng)速變化以保持最佳葉尖速比從而獲得最大風(fēng)能；在額定轉(zhuǎn)速以上，采用變速與槳葉節(jié)距的雙重調(diào)節(jié)限制風(fēng)力機(jī)獲取的前者結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠，但其發(fā)電效率較低，而且由于不同風(fēng)速下高效發(fā)電從而使得系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力和裝置成本都大大降低。兩者運(yùn)行功率曲線比較如圖3所示?？梢钥闯觯捎米兯俸泐l發(fā)電方式,能在風(fēng)速變化的情況下實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速，使之始終在最佳轉(zhuǎn)速上運(yùn)行，捕獲最大2風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展趨勢將使得風(fēng)電機(jī)組功率曲線不斷改善，運(yùn)行可靠性不斷提高，自動(dòng)化程度不斷加深。結(jié)構(gòu)簡單、容量大、穩(wěn)定性和適應(yīng)性好、發(fā)電效率高、壽命長、智能化程度高及發(fā)電成本低皆是未來的風(fēng)電機(jī)組不斷的追求。德國、丹麥、西班牙、英國、荷蘭、瑞典、印度、加拿大等國進(jìn)行了大量的投資，對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)中各項(xiàng)技術(shù)展開研究?？偟膩碚f發(fā)展趨勢具體呈現(xiàn)如下幾個(gè)方面。風(fēng)電場的選址風(fēng)力大小與地形、地理位置及風(fēng)輪機(jī)安裝的高度等因素有關(guān)。所以，風(fēng)電場的選址將直接影響對(duì)風(fēng)能資源的評(píng)估利呈現(xiàn)如下的幾個(gè)趨勢。(1)由強(qiáng)風(fēng)帶向弱風(fēng)帶過渡啟動(dòng)風(fēng)速低，輕風(fēng)啟動(dòng)、微風(fēng)發(fā)電，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)廣大的低風(fēng)速資源的開發(fā)，增加的年發(fā)電時(shí)間，從而最大限度地捕獲風(fēng)能，最大限度地挖掘風(fēng)能資源。(2)由平坦地形向復(fù)雜地形擴(kuò)展不同的地形、地貌會(huì)影響風(fēng)的正常流動(dòng)，有的使風(fēng)加速、有的則使風(fēng)減速，有利地勢與地形的選擇將會(huì)增加風(fēng)電的(3)由陸地向海上遷移與陸地上風(fēng)電場相比，海平面十分光滑，因此，風(fēng)速較大，且具有穩(wěn)定的主導(dǎo)風(fēng)向，允許安裝單機(jī)容量更大的，風(fēng)電機(jī)組技術(shù)當(dāng)前風(fēng)電機(jī)組的主要發(fā)展方向是質(zhì)量更輕，結(jié)構(gòu)更具有柔性，直接驅(qū)動(dòng)和變速恒頻等。從目前的發(fā)展趨勢來看，以中，具有如下特點(diǎn)。（1）變槳距調(diào)節(jié)方式將會(huì)逐步取代定槳距失速調(diào)節(jié)方式變槳距調(diào)節(jié)能夠按最佳參數(shù)運(yùn)行，額定風(fēng)速以下具有較高的風(fēng)能利用系數(shù)，功率曲線飽滿；額定風(fēng)速以上功率輸出穩(wěn)定，不會(huì)造成發(fā)電機(jī)超負(fù)荷；較定距失速式整機(jī)受力狀況得到改善，而且年發(fā)電量大。（2）變速運(yùn)行方式將會(huì)取代恒速運(yùn)行方式變速運(yùn)行，在低風(fēng)速時(shí)能夠調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)反轉(zhuǎn)矩以使轉(zhuǎn)速跟隨風(fēng)速變化，從而保持最佳葉尖速比以獲得最大風(fēng)能；高風(fēng)速時(shí)能夠利用風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的變化存儲(chǔ)或釋放部分能量，從而提高傳動(dòng)系統(tǒng)的柔性，使得功率輸出更加平穩(wěn)，以獲得（3）直驅(qū)式的市場份額會(huì)越來越大直接驅(qū)動(dòng)可省去齒輪箱，減少傳動(dòng)鏈能量損失，減少停機(jī)時(shí)間、發(fā)電成本和噪聲，降低了維護(hù)費(fèi)用，提高了風(fēng)電轉(zhuǎn)換效率和可靠性。（4）無刷化（5）大型系統(tǒng)和小型系統(tǒng)并列發(fā)展在開發(fā)大型機(jī)的同時(shí)還重視小型機(jī)。用于海洋時(shí),在景觀、噪聲等方面的問題不突出,適于采用數(shù)MW的大型機(jī)組；當(dāng)受地形、系統(tǒng)等外部條件限制時(shí),應(yīng)用小型機(jī)較有（6）并網(wǎng)大型化與離網(wǎng)分散化互補(bǔ)運(yùn)行發(fā)展中國家，雪原、孤島、偏僻地區(qū)等電網(wǎng)較小,仍舊適用于離網(wǎng)分散型電力系統(tǒng)[3，5]。風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)用同步發(fā)電機(jī)發(fā)電是今天最普遍的發(fā)電方式，變頻器的使用解決了轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率間的耦合問題。通過對(duì)變頻器電流的控制，就可以控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩，從而控制風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速，使之運(yùn)行在最佳狀態(tài)。相同條件下，同步電機(jī)比異步電機(jī)調(diào)速范圍更寬。異步電機(jī)的并網(wǎng)技術(shù)主要有：直接并并網(wǎng)方式等[2]。一種新型的風(fēng)箏寄予厚望，它看上去就像一晾衣架如圖4，但卻具有成本低，發(fā)電量大的優(yōu)點(diǎn)，其發(fā)電能力有可能與傳統(tǒng)核電站相媲美。重要發(fā)明專利：“一個(gè)共軸多葉輪的”（圖6）；英國quietrevolution公司研制出了垂直型民用QR5[5]（圖5），適用于風(fēng)速低，風(fēng)向變化頻繁的地區(qū)；據(jù)南方日?qǐng)?bào)公司自主研制的全永磁懸浮順利實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，使得微風(fēng)美國麻省理工研究人員最新設(shè)計(jì)出一種新型風(fēng)力渦輪機(jī)（圖7），可固定在離海岸較遠(yuǎn)的漂浮平臺(tái)上，使得海上漂浮風(fēng)車發(fā)電成為可能。澳大利亞悉尼工學(xué)院的布賴恩·羅伯茨教授提出了一種利用高空射流發(fā)電的大膽想法，此飛行發(fā)電機(jī)（FEG）能夠象超級(jí)大風(fēng)箏一樣懸浮在4500～13700m的高空射流中（一種圍繞著地球的速度極快的氣流），最高時(shí)速達(dá)320km/h的射流將會(huì)帶動(dòng)FEG上的轉(zhuǎn)軸，從而產(chǎn)生電流。風(fēng)電可再生，且清潔無污染，對(duì)保護(hù)環(huán)境，改善能源結(jié)構(gòu)具有重要意義。在地球溫室效應(yīng)日益嚴(yán)重及全球性能源危伐，促進(jìn)風(fēng)電事業(yè)的快速發(fā)展。[1]王承煦.風(fēng)力發(fā)電實(shí)用技術(shù)[