风力发电的发展现状与关键技术

摘要：文章主要论述了国内外风电最新的发展现状和风力发电的关键技术最新研究进展，并对风电技术中的功率控制技术和风电功率预测做了重点论述。另外，在其中简要介绍了全球风电的发展概况、中国风能资源分布情况等相关内容。文章有助于对风电发展全面了解和深入掌握。

关键词：风力发电；风电技术；功率控制；风电功率预测

中图分类号： F416 文献标识码： A

随着世界范围内对能源需求持续增加，化石能源、生物能源等常规能源使用带来的环境问题日益突出，在此背景下，低碳经济即以低能耗、低污染、低排放为基础的能源经济发展模式应运而生，风力发电作为清洁能源的一种，是适应当前经济下国际能源发展的新型发电技术。风力发电的原理是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。风力发电技术是一种利用风能驱动风机桨叶，进而带动发电机组发电的能源技术。由于风能储量丰富、用之不竭、无污染等特点，被各国广泛重视，纷纷投入大量的人力、物力、财力来发展风力发电技术。目前，风电发展正在不断超越其预期的发展速度而发展，并一直保持着世界增长最快能源的地位。

针对这一现象，人们也陷入了深思：如何才能建立一个可持续发展的社会环境？因此，节约能源也成为了各国关注的话题。人们逐步将眼光转向了清洁发电的方法。

在清洁发电的方法中，风力发电无论从技术层面，还是实际操作方面，都是最成熟的发电方法之一。相对于消耗煤炭和石油的老旧方式，风力发电既不消耗任何能源，又能减排二氧化碳等污染物，净化空气。同时，风力发电在新能源领域中，不仅可以调整电力工业结构，也是极具商业开发规模的发电方式。因此，许多国家已将风电发展作为国家可持续发展的重头戏。

1 风电发展历史与现状

第一台风力发电机的雏形形成于丹麦，虽然是电力方面的重大发展，但因技术的不完善、经济支持跟不上等等原因，风力发电并未成为世界发电方式中的主力军。

1973年的石油危机，让美国和西欧发达国家开始思考如何利用能源以及如何寻找消耗少、有利于环境的清洁型能源。现如今，可再生能源成为了世界能源中的主流，而风能则是可再生能源中的一匹黑马，以它突出的优点保持着不断增长的趋势。

2 我国风电发展情形

3 风电技术最新研究进展

目前的风电技术发展趋势是提高风电出力和加强电力电子装置的控制。我对风电技术最新进展总结如下：

3.1 风电并网方面

由于风电机组容量的提高和风电场的集中接入，大规模风电并网的研究得到了学者的普遍重视。研究大规模风电接入对电网的影响主要的研究点有四个，分别为对调风调频的影响、对无功功率和电压水平的影响、对稳定性的影响、对电能质量的影响。通过分析总结这些影响，提出减小风电影响和提高风电控制的措施。

3.2 风电场功率预测方面

采取混合方法，取长补短，对风电场功率进行预测，比如小波变换和神将网络的短期风电功率预测、基于蚁群和粒子群算法的风电功率预测策略、基于相空间重构的神经网络短期风电预测等。

4 风电功率控制技术

是否能最大程度地将风能转换为电能是我们需要重点研究的问题，也就是系统是否能实现对风力发电机组的最大功率点进行跟踪控制，因此，风力发电机组的功率控制策略的研究直接影响到发电系统的效率。

4.1 常规的功率控制方法

从风力发电机组的工作状态看，可以分为两种：离网运行和并网运行。采取离网运行的发电机组只要做到控制系统对最大功率的跟踪，实现风机卸荷保护，并有效地控制刹车，达到发电机组的功率恒定，即可较好地运行风力发电机组。而对于并网运行的风力发电组，功率的控制过程要根据风速的变化来实现功率的恒定。当风速影响发生从静止到启动的状态变化，风力发电组并存在控制功率的问题；但是，当产生了一定的风速时，要看产生的风速是否低于风力发电机组的额定风速，若低于，则要控制风力发电机组的转速，观察最大功率，获得最大风能，若高于额定风速，也应通过相应控制，保持功率的恒定。

5风力发电的关键技术探讨

5.1、风力发电设计制造技术

风力发电设计制造技术中，风电机组设备以及零部件设计制造技术比较关键。风电机组研发着重在风电机组总体设计以及仿真软件试验系统方面的研究。风电机组零部件的设计主要集中在叶轮的设计，而叶轮的关键则是叶片。叶片的形状和大小要符合流体力学特性并根据强度计算后得到的结构设计制作，已开展了先进翼型族的设计、实验与应用的研究。在翼型设计技术，数值模拟技术，风洞实验技术，数据库建立，翼型数据三维修正及在叶片设计中的应用都取得了较好的效果。但是，叶片制造过程中的智能化加工技术水平还有待于进一步提高。

5.2、风力发电储存技术

在风力发电系统中，还有一个问题就是将富裕的风能储存起来，以满足用电高峰时需求，应用蓄能技术是解决风能负荷峰谷比问题的一个非常有效的措施，同时还可以减少存储转换过程中的能量损失。目前，经济可行的风能储存技术的研究在国内外理论界、工程界得到了越来越广泛的重视。比较常用的风能储存方式有以下几种：第一，新型电池储能技术；第二，水利蓄能技术；第三，压缩空气蓄能技术；第四，飞轮蓄能技术；第五，氢能存储技术等。

5.3、海上风电场技术

由于海上风电场技术逐渐成熟，全球海上风电装机容量已经非常大了，这可以促进了单机容量的特大型兆瓦级风力机的研发。对于水深大于50m的海域，风速稳定、风切变小，具有风力发电的独特优势，海域风力发电装备可以采用比较先进的浮式基础，但浮式风机基础目前还处于前期研究阶段，因此研究适用于海上风力发电的浮式基础结构，对海上风力发电的产业化具有极为重要的意义。

5.4、风力发电并网技术

采用风力发电机与电网连接，由电网输送电能的方式，是克服风的随机性而带来的蓄能问题的最稳妥易行的运行方式，同时可以达到节约矿物燃料的目的。一般情况下，10kw以上直至Mw级的风力发电机组皆可采用这种方式。并网运行又可分为两种不同的方式：恒速恒频方式和变速恒频方式。由于风电机组容量的提高和风电场的集中接入，大规模风电并网的研究得到了学者的普遍重视。研究大规模风电接入对电网的影响主要的研究点有四个，分别为对调风调频的影响、对无功功率和电压水平的影响、对稳定性的影响、对电能质量的影响。通过分析总结这些影响，提出减小风电影响和提高风电控制的措施。

预测。

6 结语

风电可再生，且清洁无污染，对保护环境、改善能源结构具有重要意义。在地球温室效应日益严重及全球性能源危机的今天，应加大力度投资，加快研究、设计和生产步伐，促进风电事业的快速

发展。

随着科技的进步，人类对风能的认识不断深化，风力发电具有极大的潜力，可部分满足剧增的全球能源需求。并且风电是目前成本最接近常规电力、发展前景最大的可再生能源发电品种，正逐渐受到世界各国的重视。总而言之，风力发电在我国有着广阔的发展前景，风能的利用必将为我国的环保事业、能源结构的调整及对减少进口能源的依赖等方面做出巨大贡献。本文主要论述了国内外风电最新的发展现状和风力发电的关键技术最新研究进展，并对风电技术中的功率控制技术和风电功率预测做了重点论述。另外，在其中简要介绍了全球风电的发展概况、中国风能资源分布情况等相关内容。本文有助于对风电发展全面了解和深入掌握，对风电的发展提供可靠的理论依据。

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