浅谈风力发电及其发展

【摘要】我国能源资源虽然丰富但是人均资源先对匮乏，远低于世界平均水平。2000年全国人均煤，石油，天然气可采储量与人均水电资源占世界平均值的55.4%、11.1%、4.3%和70%。随着我国经济的...

【摘 要】风力发电系统（wind power generation ）通过风力发电机实现，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。目前我国的风力发电技术 还与国外有一定差距，但是发展很快，无论是发展规模上还是发展水平上。

【关键词】风能利用潜力；关键技术；发展趋势

21世纪是可在生能源的世纪，由于风能非常丰富，价格非常便宜，又不会枯竭，还可以在大范围内获取，干净为污染，不会对气候造成影响。因此风力发电具有极大的推广价值。

1.风能利用潜力

风能是地球上重要的可再生能源之一，它具有储藏量巨大、可在生、分布广、无污染 的特性，是我国乃至世界可再生能源开发利用的重点。目前，风力发电是风能利用的主要形式，受到各国的高度重视，并且正在飞速发展与热力发电设施有所区别，风力发电不需冷却水，使用风力发电可是公用水系统用水减少17%，等价于不需在建设80GW新的燃煤电厂。风力发电无需燃烧燃料，更不会产生辐射和空气污染；另外，从经济的角度讲，风力仪器要比太阳能仪器便宜90%多。我国风能储量相当大，分布面广，甚至比水能还丰富。合理利用风能，既能解决目前能源短缺的压力，又能解决环境污染问题。风能还是极为清洁高效的能源。每10MW风电入网可节约3.73t煤炭，同时减少排放粉尘0.498t、CO29.35t、NOX 0.049t和上SO2 0.078t。例如，2000年，我国风力发电9.65亿千瓦时，共节煤35万t；2002年德国风力发电170千瓦时，节煤442万t，减少CO2排放1428万t。

我国能源资源虽然丰富但是人均资源先对匮乏，远低于世界平均水平。2000年全国人均煤，石油，天然气可采储量与人均水电资源占世界平均值的55.4%、11.1%、4.3%和70%。随着我国经济的快速发展，能源瓶颈对经济发展的制约越来越明显。预计我国国内能源供应的缺口量，在21世纪初期将超过100Mt标准煤，2030年为250Mt标准煤，到2050年为460Mt标准煤，大约占年供应需求量了10%，因此未来我国能源供应形势不容乐观。正是这种能源短缺的局面给风力风力带来了前所未有的机遇与挑战。

2.风力发电的关键技术

风力发电系统中的两个重要部件是风力机和发电机。风力机面临着变浆距调节技术难题，发电机面临着变频恒速发电技术难题。这是当今风力发电的最为核心的技术，也是现代风力发电系统技术大的发展趋势。

2.1风力机的变桨距调节

风力机通过风轮捕获风能，并将风能转换为作用在轮毂上的机械转矩。变桨距调节方式是通过改变叶片迎风角与纵向旋转轴的夹角，影响叶片的受力和阻力，限制大风时风轮输出功率的增加，保持输出功率的恒定。采用变桨距调节方式，风力机输出功率曲线比较平滑。在额定风速以下时，控制器将叶片攻角置于零度附近，不做变化，近似等同于定桨距调节；在额定风速以上时控制器调节叶片攻角，控制输出功率在额定范围之内，变桨距风力机的启动速度比定桨距风力机的低，停机时传递冲击应力相对比较缓和。由于变桨距风力机受到的冲击比定桨距风力机要小的多，可减少材料使用率，降低风轮的重量与成本。且变桨距风力机在低风速时可以使桨叶维持良好的攻角，比定桨距风力机有更高的能量输出。因此，变桨距风力机适合于平均风速较低的地区使用安装。另外，当风速达到一定值时，定桨距风力机必须停机，而变桨距风力机可以将桨叶调到全翼展开无负载模式，无需停机，进而提高了发电时间。

对阵风反应要求灵敏是变桨距风力机的主要缺点。定桨距风力机由于风的震动引起的功率脉动比较小，而变桨距调节风力机则较大，尤其是采用变距方式的恒速风力发电机，这种现象更明显。要想克服这个困难，就必须使变桨距系统的反应速度加快。

2.2变速恒频风力发电机

变速恒频风力发电机常采用交流励磁双馈型发电机。它的结构与绕线型感应发电机类似，只是转子绕组上加有滑环和电刷，这样一来，这样转子的转速和励磁的频率有关，从而，使得双馈型发电机的内部电磁关系既不同与异步发电机，又不同于同步发电机，但它却具有异步发电机和同步发电机的某些特性。

交流励磁双馈变速恒频风力发电机不仅可以通过控制交流励磁的幅值，相位，频率来实现变速恒频，还可以实现有功，无功功率控制，对电网而言还能起到无功补偿的作用。

交流励磁双馈变速恒频风力发电机有如下优点：

①原动机可以在一定范围内变速运行，简化了调整装置，减小了变速调节时的机械应力。同时使机组控制更灵活，方便，提高了机组运行功率。

②应用矢量控制可实现无功，有功功率的独立调节；调节励磁电流相位，可调节发出的有功功率；调节励磁电流幅值，可调节输出的无功功率。

③需要变频调节的功率仅是电机额定容量的一部分使投资减小成本低，变频设备体积也相应减小。

3.我国风力发电的发展

据统计，2005年底，中国的风电总装机连续五年实现翻番，截至2010年底，中国以4182.7万千瓦的累积风电装机容量首次超越美国位居世界第一，较2009年同比大增62按照国家电网此前出具的报告，到2015年电网覆盖范围内可吸纳风电上网的规模达1亿千瓦，到2020年可达1.5亿千瓦。

风电投资企业包括开发商和风机装机制造企业。从风电开发商的角度来看，能源投资型企业居多，2009年能源投资型企业的风机装机容量也占全部风电装机容量的90%。其他国有投资商，外资和民企比例之和还不到10%。而且其中许多企业都纷纷退出，仅剩下中国风电，天润等少数企业还在勉强维持，当年新增份比例也很小。从风机制造企业来看，主要以国内整机制造企业为主，，2009年累计和新增市场份额中，前三名，前五名和前十名的企业市场占有率分别是55.5%和59.7%、70.7%和70.4%以及85.3%和84.4%。目前，风电并网主要存在两大技术难题：风电异地发电机组技术对电厂安全稳定产生影响，风的波动性使风电场的输出功率的波动性难以对电厂实施准确的发电计划。他们使得风电发展受到严重影响。对于这种现状，国家和电网企业都在做过于风电输出稳定性的研究。风电场投资成本是风电成本的主要组成部分之一。风电场投资成本是衡量风电场建设经济性的主要因素，归纳起来有一下三个因素：固定资产投资，建设期利息，流动资金。以内蒙古乌兰察布市某风电场为例，其总投资214236万元，其中固定资产投资为206715万元，建设期利息为7018万元，流动资金为503万元。从上诉数据不难看出，风电场的投资成本很高，但若考虑风电的社会成本，将其潜在价值计算在内，风电成本是很低的。

在过去，风力发电在增涨速度上一直是低于水利和火力发电的能源投资热点。但是近年来，风电项目以成为各大发电集团激烈追逐的目标。2007年—2012年是我国风电产业规模化发展的关键性阶段，我国陆续超过德国，荷兰等风电大国成为最大的风电市场之一。业界普遍认同的观点是在风电产业链的各个环节中，只有风机制造业可能会出现产能过剩的现象，在其他环节基本不会出现这种现象特别是整个风电产业的主要环节——风电场的投资。因此我国的风电产业还有很大的提升空间。

【参考文献】

[1]赵振宇等.风力机原理与应用[M].北京：中国水利水电出版社，2011.1.

[2]冯飞，张蕾等.新能源技术与应用概论[M].北京：化学工业出版社，2011.1.

[3]钱伯章.风能技术与应用[M].北京：化学出版社，2010.6.

[4]黄素逸，王晓墨.能源与节能技术[M].北京：中国电力出版社，2008.