风力发电技术与应用探析

摘要：在当今社会，人们越来越能感受到能源的紧缺，因此，可再生能源成为人们普遍追求的一个方向。在这当中，风力发电倍受人们关注，因为其成本低，污染小，具有广阔的发展前景。近年来，我国风力发电市场快速发展，与此同时，对于发电技术的要求也越来越高。本文针对风力发电的技术、发电站的选址，以及风力发电的趋势做了详细阐述。

关键词：风力发电；风力发电技术；发电站选址；风力发电趋势

Abstract: in today's society, more and more people can feel the energy shortage, therefore, renewable energy to become widely in one direction. In the midst of this, wind power, attention because of its low cost, low pollution, has a broad development prospects. In recent years, the rapid development of wind power market in China, at the same time, more and more is also high to the requirement of power generation technology. Based on wind power technology, the power station's location, and the trend of wind power in detail in this paper.

Key words: wind power generation; Wind power generation technology; Power station site selection; Trend of wind power

中图分类号：TK8文献标识码：A 文章编号：

一、 风力发电概述

1、 风力发电的概述

在过去，人们普遍采用的煤炭、石油、天然气等传统能源进行发电，但是因为这些能源是不可再生资源，终有一天会被用尽。为了满足正常需求，人们开始探索新能源，并对其进行利用，风能就是其中之一。在诸如日本、美国、英国等国家，每年都会遭到龙卷风的袭击，而龙卷风所携带的风能能量非常巨大，可以在很短的时间内将整棵大树连根拔起。曾经有人对此做过研究，拔起一棵大树所需要的能量折合为电能大概是750万千瓦的功率。据调查显示，每年全球风能大概是2.74×109MW,如果能够有效利用其来发电，可以发电100亿千瓦，这个数据是全球所有水力发电站的9倍。

我国土地广阔，所能利用的风力资源也是比较巨大的，其中陆地风能约2.5亿千瓦，海上风能7.5亿千瓦。和传统能源相比较，风能不依赖于任何矿物能源，发电的成本也比较稳定，如果可以很好地对这些风能进行利用，可以大幅降低我国对煤炭资源的依赖，同时也可以减轻对环境的污染，更好的做到可持续发展。

2、风力发电的原理

风是由于空气的流动而形成的，风能具有随机性，并且可以随着高度的变化而变化。风力发电其实就是利用风力发电设备，将空气流动产生的风能转化为机械能，最终转化为电能。

二、风力发电技术研究

在现实生活中，风力发电是利用风带动风车上的叶片进行旋转，在这个过程中，将动能转化为机械能，然后通过转轴带动发电机旋转，从而达到发电的目的。

风力发电装置一般有三个结构：风轮、发电机、铁塔。风轮是由两只或者两只以上叶轮组成，对质量的要求比较高，需要经得起风吹日晒，并且质量要轻。当风力撞到叶轮上时，可以将风能转化为机械能。在早期社会，因为风向以及风速等原因的影响，风力发电时有时无，很不稳定。为了解决这个问题，现在人们经过创新，在风机上边加入齿轮变速箱，以此来满足风力以及风向的需求。这样可以避免因风速或风向造成的电压不稳，保证频率的稳定。铁塔是为了支撑风轮以及发电机，保护风轮免受地表乱流的影响。发电机是完成发电最后一步的必要设备，它可以将机械能顺利转化为电能，以供人们需要。

由于风力发电机组设备安装在户外，因此，为了使发电机组能够有效使用，安全运行，在进行发电机组选择时一定要把好关，选用优质的材料，采用先进的技术，综合考虑结构强度，风力负荷，叶片应力，调速机构，限速装置等因素，做好设备的选择工作。

截止到目前为止，我国风力发电还不是很成熟，还有许多方面需要改进。主要表现在以下几个方面：

1、风电电网和传统电网合并后可能会造成电压闪变，进而造成谐波污染。在此过程中，如果风速快于切出风速，风机就会停止转动。而风机的运行和风速息息相关，风速又具有不稳定性，因此很难保证风速一直不变。不论电场中发电机同时启动还是同时停止，都会对整个电网产生极大的影响。

2、怎样才能更好地利用风能。

影响风能的利用最关键的是风能的转化率太低，因此在设计时要充分考虑到这点。一般情况下，改变风轮机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，同时调节在大风时风机输出功率的增加量，以此保证输出功率的稳定。当风电场在额定风速以上时，变浆距就会发挥作用，调节叶片的角度，将输出功率控制在额定范围内。当风电场在额定风速以下时，变浆距会将叶片角度调至零度附近，用以控制输出功率。除了这个作用，变浆距还有一个显著优点，就是在风速达到一定数值时，风力机会自动停止转动，但如果是变距型风力机，可以有效地避免这一情况的发生，它可以将角度调节至桨叶可以负载的模式，避免风机停止，从而更有效的利用风能。

3、风力发电站选址

风力不仅会因季节的变化而变化，也会因为地貌的变化而变化，因此，在进行发电站选址时一定要综合考虑到各方面因素，具体选址如下：

(1)峡谷风力比较大的地方。比如盆地或者是低洼地形交流的峡谷地。这种地方风力一般比较大，可以更好地利用风能。

(2)建在用电中心。在用电量比较大的地方进行发电站建设，可以很好地利用风能，避免浪费。

(3)建在交通比较便利的地方。这种地方建发电站可以方便材料的运输，节省建站时间，同时也方便发电站管理。

(4)年平均风速在3m/s以上，运行风速达为4m/s以上的时间达4000小时以上。将发电站建在这个地方可以保证充足的电量，不会对人们的日常生活造成影响。

因为风力随着季节的变化而变化，因此在建设风力发电站的过程中，要注意风力流向问题。如果是在比较宽阔的场地，可以采用风向跟踪技术，如果地势比较狭窄，可以在风口处安装带有逆止阀取风装置，以此来接收各个方向的来风，并且把收集到的风向引导单项风力发电机组处，有效避免风力不足的情况。

对于风力发电站来说，选址非常重要。如果能用人工建筑物收集风力，可以将风力发电机的厂房以及线路集中布置，避免土地浪费，同时，也便于发电站的管理。对于风力发电机组来说，如果可以采用正负电荷采集电机，可以使设备简单化，并且可以使系统更加稳定，从而将风力发电站的建设成本降到最低。

四、风力发电的发展趋势

1、风力发电成本降低。和太阳能，生物质能等其他新能源相比，风力发电技术更成熟，成本也比较低，对环境的污染也相对较少。随着风力发电技术的不断发展，风力发电机组所需的费用也越来越少，同时日常维护成本也在不断地减少。

2、风电设备国产化。2005年7月, 国家发展和改革委关于风电建设管理有关要求的通知中明确规定: 风电设备国产化率要达到70%以上。实现风电设备国产化主要是为了提高中国风力发电设备制造技术，降低风力发电的成本，提高市场的竞争力，进而推动中国风力发电技术不断走上大规模的商业化趋势。同时随着国产风电设备的不断发展，风电设备的价格也会越来合适。

3、 海上风力发电逐渐兴起。近年来，随着陆地风机总数的不断饱和，海上风力发电逐渐兴起，成为风力发电的研究热点。在我国，海上风力资源远远大于陆地风力资源。2010年，上海风力发电机总装机容量达到200--300 MW。截止目前，我国正在对江苏近海风电进行规划，而上海海上风力发电以处于准备阶段。

4、风力发电机组不断大型化。随着技术的不断改进，风力发电机组不断趋于大型化。2002年，国际风力发电主流机型已达1.5MW 以上。目前，欧洲发电机组达3. 6MW，美国以研制成功7MW风力发电机组。中国研制城的发电机组最大功率为2-3MW, 国产风电机组目前的主流机型为1.5MW。

五、结语

随着科技的不断发展，人们对于风能的认识也在不断加深。我国人口较多，对于能源的需求也比较大，政府也在不断加大风力发电的研究。我国自身也有诸多有利条件，例如海岸线绵长、风力资源丰富等。作为可再生资源，风力发电的前景非常好，将成为我国可再生能源中极具规模化和商业化的新能源。

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