风能发电现状及前景预测

【摘 要】 随着世界经济的发展，风电市场也迅速发展起来。风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到人们的重视。本文就国内外风力发电的情况做简单分析，并进一步阐述了风力发电在未来的发展趋势及其优势

【关键词】 风力发电 并网型风力发电系统

我国已成为世界第一能耗大国，为了保证GDP年均增长7%以上，我国面临着能源供应保持每年递增4%左右的压力，到2020年，我国能源消耗量将达到38亿吨标准煤，到2050年，我国能源消耗量将达79亿吨标准煤，相当于2000年的三倍。而就全世界而言，目前都陷入了为自身发展而不得不消耗大量的能源，又为“坐吃山空”而忧虑的能源窘境。有关资料表明，按现在的开采速度，石油只够40年全世界需求，煤炭开采期长一点，天然气还能持续开采约60年。

因此，为了实现能源与社会、经济、环境的可持续发展，除了积极实现常规能源的高效优质利用外，开发利用风能、太阳能、地热能、海洋能等可再生能源是解决能源危机的重要途径之一。

1 国内外风力发电的现状与趋势

由于受到高位石油价格、能源供应安全和环境保护压力等问题的困扰，欧盟委员会于2007年3月初制定了可再生能源发展目标，到2020年可再生能源将占欧盟总能源供应20%，美国可再生能源委员会于2006年12月披露可再生能源发展战略，到2025年可再生能源将至少达到电能需求的25%。目前风力发电已成为世界上公认的除水电外，最具有利用前景的可再生能源利用技术。

随着2006年我国实施《可再生能源法》，风电建设步伐明显加快，截止2011年8月底，全国已建成约486个风电场，装机容量达3924万KW，占全国发电总装机容量的3.7%，2011年上半年发电量429亿KWh，占规模以上发电量的1.94%据预测，我国风电可能会在2020年之后超过核电成为第三大主力电源，2050年可能超过水电成为第二大主力电源。

风能具有随机性，风力的大小时刻变化，风力发电必须根据风力的大小及电能需要量的变化，及时通过控制装置来实现对风力发电机组的启动、调节（转速、电压、频率）、停机、故障保护（主要是超速、振动、过负荷）以及对电能用户所接负荷的接通、调整及断开等操作。因此对于风力发电来说，其控制技术十分关键。

当前风力发电单机容量从最初的数十千瓦发展到兆瓦级机组，功率控制方式从定桨矩失速控制向全桨叶变矩和变速控制发展，运行可靠性从20世纪八十年代初的50%，提高到现在的98%以上，当前在风电场运行的风力发电机组，全部可以实现集中控制和远程控制，风电发展空间也更加广阔，从内陆移到海上。

根据国家《新能源产业振兴规划》草案，2020年我国风电总装机容量将达1.5亿千瓦，国家能源局确定了七个千万千瓦级的大型风电基地规划，根据规划，我国将在甘肃、新疆、河北、吉林、内蒙古、江苏六个省区打造七个千万千瓦级风电基地。其中甘肃酒泉规划总装机容量为3565万千瓦，新疆哈密规划2000万千瓦，河北1000万千瓦，吉林2300万千瓦，内蒙古5000万千瓦，江苏1000万千瓦。届时风电上网电量约2810亿千瓦时。

2 风力发电系统

目前的风力发电系统主要有独立运行风力发电系统和并网型风力发电系统。前者一般是小容量风机，不并网运行。图1是采用交流发电机的独立运行风力发电系统。（图1）

并网型风力发电系统的风机一般为水平轴式，基本原理是：风吹动风轮机的叶轮将风能转化为机械能，叶轮通过增速齿轮箱带动发电机旋转（直驱式风力发电系统无此环节），发电机再将机械能转化为电能，水平轴式风机在其桨叶正对风向时才旋转，根据风向，由偏航系统控制风机迎风。

并网型风力发电系统有恒速恒频（CSCF）和变速恒频（VSCF）两种工作方式。CSCF方式下，随着风速的变化，风机转速恒定，输出电能频率恒定，其发电效率较低，而且由于机械承受应力较大，相应的装置成本较高；VSCF方式下，风机转速随风速的变化而变化，实现了不同风速下的高效发电，风速低时风机转速相应下降，从而使系统的机械应力和装置成本都大大降低。

值得一提的是垂直轴风力发电机，2002年，中国率先开始了新型垂直轴风力发电机的研究，在短短的一年时间里就生产出了首台新型垂直轴风力发电机。在不到5年的时间里将功率扩展至200W～100KW，处于世界领先地位。世界上其他国家也都进行了新型垂直轴风力发电机的研制，日本在2002年初开始研究，2003年初产品投放市场，功率在0.5～30KW之间。美国、英国、德国、奥地利、韩国等国家在2006年也已生产出样机，准备投入规模化生产，功率都在10KW以内。

3 结语

垂直轴风力发电机风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向，在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一巨大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力，使风电建筑一体化成为可能。如何使得风力发电和建筑进行一体化设计、在建筑周围设置小型风力发电机而又不影响人的生活质量，这成为了欧美一些国家研究的焦点，这一点也值得我们国内同行注意，这将是未来风力发电的前进方向。

参考文献：

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[2]杨俊华，吴捷.风力发电机组的非线性控制——变结构控制与鲁棒控制[J].动力工程，2003，23（6）；2803-2809.

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