风力发电技术的研究现状

摘要：当前，全球性能源紧缺，新能源的开发和利用愈加受到关注。如何利用可再生能源，缓解当前资源紧缺已经成为当前能源开发利用工作的重点内容。风力作为一种可再生资源，风力发电是对当前能源紧缺的一种有益补充，可以大大缓解能源紧缺，减少环境污染。文章就风力发电技术的研究现状进行了探讨。

关键词：风力发电；能源；现状；研究

中图分类号：TM315文献标识码： A 文章编号：

一 引言

近年来，我国经济飞速的发展，在整体经济发展的同时，能源也在不断地快速消耗，随着我国对能源需求不断提高，特别是对于电力需求的增长，使我国电力事业需要不断的加强供电工作，提高供电能力，保证我国发展的基础能源需求。风力发电技术目前较为成熟，具有很好的商业化前景，在目前传统能源紧缺的情况下，风力发电受到了极大关注

二 我国风力发电研究与开发历程

从机组结构上看，风力发电经过多年的发展，曾出现过多种类型。图1是几种典型的风力发电系统拓扑，这些拓扑的区别在于使用的发电机和电力电子变换器以及有无齿轮箱。

图1 典型风力发电机组的拓扑结构图

图1(a)是20世纪80年代到90年代被广泛采用的传统结构。它的风力机采用失速调节，机组转速可以认为是不可调的。为了补偿感应发电机的无功功率使用了电容器组，为了平滑并网使用了软启动器进行软并网。

图1(b)中，用电力电子变换器代替了软启动器和电容器组，把电网和感应发电机隔开，实现了机组在全风速下的变速运行。

图1(c)中使用了绕线转子的感应发电机，并采用电力电子变换器外部改变转子电阻，从而获得转差率可控的10%可调范围，并通过控制转差率控制机组输出的功率。

图1(d)结构使用了双馈型感应发电机，用变频器控制转子绕组的电流。变频器功率仅为发电机额定功率的20%-30%就可控制发电机的全功率输出。这种结构比图(c)的结构有更宽的调速范围，变换器所需功率较小，经济性好。

图1(e)引入了绕线式同步发电机，经电力电子变换器连接电网。由于它需要励磁用整流电路、电刷和滑环。即使其可以实现变速恒频也不被看好。

图1(f)与图1(e)结构相同，也使用绕线式同步发电机。但由于它使用的是多极发电机。所以它不需要齿轮箱。

图1(g)所示结构有风力机直接驱动多级永磁同步发电机。省去了齿轮箱、电刷和滑环，提高了机组的运行可靠性，减少了维护费用。电力电子变换器可以使机组实现变速恒频运行。早期由于成本的原因只用于小型风力发电机，典型应用是作为船舶电源。近年来随着永磁体价格的降低这种结构被广泛的应用，目前单机容量国内已经达到2MW，并已在普遍生产和使用当中。

从技术发展上看，风力发电经历了从定桨距到变桨距、从恒速恒频(CSCF)到变速恒频(VSCF)的技术升级。节距角就是桨叶半径R处回转平面与桨叶截面弦长之间的夹角。变桨距控制就是通过改变桨叶节距角来调节风力机功率，使得在额定风速以下控制风力机运行于特定转速使其风能转换效率保持最大直到功率达到额定值；在风速超过额定时降低转换效率保持额定功率直到切出风速，这是定桨距很难实现的。变速恒频发电是另一种新型的发电技术，尤其适合于风力发电。它适应了风能的随机、不稳定的特性，根据风速调节转速从而最大的输出能量，实现和电网的柔性连接，提高机组的风能转化效率，减少风力机的应力和磨损，优化了机组运行条件。20世纪90年代以来，国内外新建的大型风力发电系统大多采用变速恒频技术。随着国家对风力发电的支持和风力发电技术的广泛应用，变速恒频风力发电方式变得越来越广泛。

三 我国风力发电存在的问题

（一）厂址选择缺少科学性、前瞻性

我国的风能资源的分布图很粗糙,根本达不到风能发电厂的选址要求,有些地区政府为了提高政绩,在没有对本地区的风能资源进行专业的勘测之前,就盲目地建设电厂,由于没有对本地区风能进行专业的勘测,造成发电厂建成之后没电可发的现象,大量的资源被浪费。

（二）电力输送问题

一般风能比较丰富的地区都是比较偏远的山谷,或是比较开阔的平原,这就决定了大多数的风力发电厂的厂址都是选在离城市比较远的地区,因此电网公司不得不建设新的电网来满足输电的需要,由于距离远,工程量大,所以电网建设耗时较长,再加上我国的风力发电事业的发展太迅速,这就使得电网建设更加跟不上电厂建设,这样就出现了发电厂的电送不出去的现象。

（三）陆地和海洋的发展不平衡

我国的东部沿海地区都是经济比较发达的地区,这些地区是我国电力消费的主力。而这些地区石化资源比较缺乏,大多数发电资源都是从外地运进的,增加了发电成本,由于大多数发电厂还是以火力发电为主,对环境的污染很大。我国海洋上的可开发的风能资源是陆地的近3倍,而我国海上的风力发电厂还是处于起步阶段,可见我国陆地和海洋的风力发电很不平衡。

（四）上网电价问题

就目前的技术水平来看,风力发电的成本本身就比火电的发电成本高,风力发电商对风力发电项目的投资前景看好的一个很重要的原因就是,随着环境问题的日益突出,可再生能源的发展是有很大发展潜力的,因此他们相信政府会对风力发电给予优惠政策,鼓励可再生能源的发展。但就目前的形势来看,政府曾经在风能上网电价的制定上采取的“最低上网电价者中标”的政策,大大地打击了发电商的热情,为了能够中标,发电商不断压低自己的报价,以使自己发出的电可以售出,这样做的结果就是恶性竞争出现,最后风力发电商的报价比火力发电的价格还低,使整个行业处于亏损状态,许多厂商不得不退出市场,这样反而抑制了风力发电的发展。而如今的“一企业一议”的办法还是对风力发电企业产生了限制,其利润空间还是没有得到改善,不利于行业的发展。

四 解决风力发电存在问题的措施建议

（一）建立风能资源评估机构

目前,我国还没有建立起国家级的风能资源评估机构,对风力发电项目的审批还不够严格,行业发展不规范,因此,政府应该建立专门的风能资源评估机构,该机构可以对我国的风能资源做进一步勘测,还可以对风电项目的审批提供依据。

（二）加大电网建设力度

电网建设的速度跟不上风力发电厂建设的问题应该从以下两个方面着手:1，政府应该根据每年风力发电项目的建设情况,来对电网公司的电网建设情况做出硬性的规定,并与电网公司负责人的绩效挂钩,以此来保证规定的实施效果。当然,针对电网建设的硬性规定既不能定的太高也不能定的太低,如果太高会给电网企业带来很大的负担,从而影响整个电网的发展;如果太低就达不到电网建设要跟上风力发电厂建设的目的了。因此政府既应该对风力发电厂的建设项目进行严格审批又应该照顾电网企业的承受能力；2，由于风力发电与天气有很大的关系,当电厂不发电时,电网资源可能会闲置,造成电网公司的经营成本增加。国家可以根据风力发电厂的经营情况来对电网公司的进行相应的补贴,以提高其电网建设的积极性。

（三）发展海上风力发电

我国海陆风力发电不均衡的关键就是技术，可是如果想发展海上风能，就目前我国的技术水平来看还是不够的,而国外已经有比较成熟的技术。政府应该对海上风力发电的设备进口实施零关税,以此来降低电厂建设的成本,间接地支持风电的发展；鼓励国内企业与海上风力发电技术比较成熟的国家进行合作,通过引进其先进的技术来促进我国海上风力发电的发展,并给予这样的企业一定的优惠政策。此外，合理的价格机制加上政府的政策支持也是实现风力发电规模化和商业化的关键。

五 结语

风电正在成为世界性的主流能源之一,其发展潜力是巨大的，随着环境问题的日益突出和能源供应的日趋紧张,可再生能源越来越被人们所重视。我国在风力发电方面虽然起步晚，但是发展迅速而且备受重视。

参考文献

[1]刘春鸽,陈戈.我国风力发电的现状与发展思考[J].农业工程技术(新能源产业),2009,(2)

[2]魏超.浅谈风力发电技术发展现状及趋势[J].科技创新与应用,2012.9