风力发电节能技术的设计与应用探析

[摘要]：目前，人们越来越关注到风力发电的应用，我国国内也在这一方面大力发展，现在用的比较多的风力发电机组是失速型并网异步风力发电机。但是也有其最大的缺点，那就是这种发电机本身的功率大，最终输出地有效功率很小，实际的使用价值不高。因此，现如今，人们在利用风力发点的课题上还必须正视这个问题。为更好地利用风力做好铺垫。

[关键词]：风力，发电，技术

[abstract] : at present, people pay more and more attention to the application of wind power generation, our domestic also in this hand develop, using now more wind power generators stall type is the wind generator grid asynchronous. But also have its biggest drawback, that is the generator of itself in power, finally effective power output is very small, practical use value is not high. Therefore, nowadays, people use wind power send some on the topics also must face up to the problem. To better use wind power the blackboard.

[keywords] : wind, power generation, technology

中图分类号： TE08 文献标识码： A 文章编号：

1 认识风力发电

1.1 风力发电的概述

在当今全球的能源现状中，煤炭、石油、天然气等传统的能源正在急剧的减少，这些能源最大的弊端就是其不可再生的特性。从而可再生的能源为代表的新型能源物质正在被人们所探索利用。风能本身是一种使用潜力巨大的新型能源，在美国，日本这些国家，每年都遭遇诸如龙卷风的侵袭，风力本身所蕴藏的巨大能量瞬间摧毁建筑，将大树连根拔起，有人做过分析，在龙卷风拔起大树所释放的能量折算为电能约有750万千瓦的功率。相关的统计数据显示，在全球，风能约为2.74×109MW,能够被有效利用来发电的风能大约有100亿千瓦。大概比全世界所有水里发电站的功率高9倍。而全球煤炭的燃烧所释放的能量只是占到了一年内风能的1/3。现如今，全球很多国家都对风能的巨大潜力有了深刻的认识，在上个世纪初期三四十年代，苏联，美国等经济强国就已经成功的研制出了一些小型的风力发电的设备。这些设备相比较于同等功率小型内燃机发电的成本低许多，据相关的资料显示，国外已经研制出最大能发电225千瓦的风力发电机。不过，对这些能源的利用，人类还只是处在探索以及开发阶段。如何能够更加高效的利用成了人们所面对的课题。笔者从事风力发电研究多年，就风力发电的原理、技术问题和国内风力发电的发展现状做一个概括。

我国幅员辽阔。所能利用的风能资源巨大，其中可以开发并利用的风能的储量陆地上风能约2.50 亿kW，在海上可以开发和利用的风能的储量约7.5 亿kW，全部算来有大约10 亿kW的风能储量。如果能够有效地利用这些风能将会大幅度的降低我国对煤炭资源的依赖从而更加实现国内经济的可持续发展。

1.2 实现风力发电的原理

风力发电的原理一句话概括就是利用设备，将由于温差引起的空气流动产生的动能转化为电能。在实际中是利用空气的动能也就是“风”来带动风车设备上的叶片旋转，再将叶片的转轴接连至增速机从而将旋转的速度大幅度的提升，从而将动能转换成为机械能，然后再通过转轴来带动发电机的旋转达到促使发电机发电的目的。在风车的轴上装个小型的发电机就可以发电。依照现今的风车的技术，大约是2m/s的微风的速度便可以进行开发发电了。风力发电的装置一般包含许多结构，一般总体上看包含三个结构，即风轮，发电机，铁塔。其中风轮的作用就是将风能转化成为机械能，是由两支或多只浆形的叶轮所组成。当风力撞击到浆叶上面时，浆叶上面产生驱动力而发生转动，桨叶一般要求重量要轻，质量要好，耐受风吹日晒的侵蚀等，目前一般大多数用钢玻璃的等聚合材料制作而成。不过在实际应用中风力的发电机的风轮并不能够将全部的风能转化成为机械能。除去风力的耗损，一些实际中的因素所消耗的风能，在理论来说风轮能够提取的最大功率只是风的总功率的60%左右。而在实际中绝大多数的风机只能提取到风的总功率的45%甚至更少。

因为风向，风速等原因会导致风力发电机早期发电时发出的电时有时无，同时电压以及电的频率均不稳定，这致使在实际中没有应用价值。一般为解决这个问题，在现代的风机上面都会考虑增加把转速提高到发电机发电的水平转速的齿轮变速箱等。同时再加入一个转速控制系统来将风机的转速调节到稳定。最后再连接到发电机上面。齿轮变速箱的目的是为了可以将转数较低的风轮提速，而变为较高的发电机的转速，同时也起到发电机易于控制的作用。从而实现稳定的频率以及稳定电压的输出。而铁塔主要是起到支撑风轮，发电机等设备的作用，并且使得风轮远离地表面的空气乱流，从而获得较大和较为稳定的风速以实现风能最佳的利用。一般铁塔的高度要根据地表面的障碍物的高低来设计。而发电机的作用就是把由风轮得到的稳定的机械能转化为电能。在国外，丹麦，荷南等国家风行风力发电机，在国内，西部地区也已经在大力开发利用风能发电。

2 风力发电相关技术研究

风力发电现如今还不成熟，因为种种技术问题还需要努力。在现今的风电发展中，最主要的问题集中于以下几个方面，现就此展开讨论。第一是风电电网和传统电网在合并上可能造成电压闪变和谐波污染的问题，风力发电机组在启动时会产生强大的冲击电流。如果风速超出了切出风速，风机会停止运行，而风机的运行和风速直接相关，风速有存在着诸多的不可控的因素，很难保证风速一直不变的达到额定的转速。倘若风电场中大多数甚至所有的风电机同时启动或者同时停止，均会对整个用电电网产生强大的影响。同时风机由于本身的技术问题需要配备电子装置，风电电网系统的电能在软启动阶段要就得通过电子装置与电网相关联，这可能会在使用中带来谐波污染的问题，对于恒定风速的风机问题不大，因为谐波产生后的时间很短，会很快消失，在一般情况下可以忽略不计。但是对于变速风机则不然，变速风机的电子装置在切换频率如果刚好在产生谐波的范围以内的话，就会出现十分严重的谐波干扰的问题，不过随着科技的发展，谐波问题显得越来愈小。第二个问题是如何能够更有效的利用风能，现在比较棘手的问题就是风轮对于风能的转化率太低，这在设计上可以考虑。一般通过改变风轮机的叶片的迎风面和纵向的旋转轴之间的夹角来调节叶轮片的受力，同时调节在大风的时候风机的输出功率的增加量，从而达到输出功率恒定的目的。在风电场额定风速以上时，变浆距的控制的结构就发生作用，从而调节叶片的角度，而将输出的功率控制于额定值的附近。在额定的风速以下的时候，调节器就将叶片的角度置于零度附近，不做任何的变化，使得其近似于等同定浆距的调节。变距调节浆片还有一个优点就是，风速在达到一定数值的时候，失速型风力机停机，但是变距型风力机却可以逐步的将角度变化到一个桨叶无负载的展开模式，从而避免风机停止，更有效的利用微风而增加风力机发电量。

3 风力发电机的应用前景

我国人员广大，幅员辽阔，对于能源的需求十分巨大，现如今政府也大力投入风力发电的研究和发展，我国本身具有诸多的有利因素，地域十分的广阔，海岸线绵长、风力资源十分的丰富。我国的东南沿海以及附近的岛屿、内蒙古自治区以及河西走廊以及东北、西北、华北等部分地区每年的平均风速在2 m/s以上时间近160多天，具有很大的开发和利用的价值和广阔的空间。根据国内对风力发电装机容量的统计表明风电在国内发展到目前的阶段，它的性价比也正在形成和煤电、水电的竞争。有文献表明在每增加一倍的利用率，成本就会下降将近15%。随着国内在风电装机的国产化以及发电的规模化，风电成本越来越低。同时国内新能源的战略大力发展风力发电作为重点。

参考文献

[1]:刘天羽：风电高速发展下中国风力发电机可靠性的研究[J].上海电机学院学报。2010（06）

[2]:孙勇，汪玉凤，赫飞等：风力发电节能技术的设计与应用[J].电力系统保护与控制。2009

[3]：赵勇强等.风力发电技术发展状况与趋势分析[J].中国科技产业，2006