风力发电装置范文

风力发电装置范文（精选10篇）

风力发电装置 第1篇

关键词：风力发电,风力发电装置,工程技术

1 前言

风力发电作为可再生能源中最具有经济开发价值的清洁能源,全球已有50多个国家正积极促进风能事业的发展。据统计,2008年全球新增风电装机容量27056MW,累计风电装机容量120791MW,同比增长28.7%,增长速度依旧迅猛。美国新增装机8358MW,中国新增容量6300MW,印度新增容量1800MW,位居新增装机容量前三甲[1]。

据全球风能协会统计,截止2008年末,我国风电新增装机容量为630万千瓦,累计装机容量超过1221万千瓦。通过比较各地政府风电发展规划和国家可再生能源发展规划,结合风电行业实际发展状况,我们预计2010年风电累计装机容量为3400万千瓦左右,2009-2010年风电累计装机容量年复合增长率为67%左右[2]。

风力发电装置根据部件和生产工艺主要分为:轮毂生产、传动机构、电机生产、叶片生产、装配与检测和现场安装等。本文着重概述比较特殊的叶片生产,概要介绍风机主轴和转轴的生产,其余生产的工程设计属于常规产品生产的工程设计,只需要根据产品材料的特点决定厂房的跨度、长度和吨位等。

2 叶片制造的工程设计

2.1 叶片的技术参数

表1列出几种叶片的技术参数。

2.2 叶片制作的工艺说明

风力发电装置中叶片的生产工艺目前主要有两种:开模手工铺层和闭模真空浸渗。用预浸料开模手工铺层工艺是最简单、最原始的工艺,不需要昂贵的工装设备,单效率比较低,质量不够稳定,通常只用于生产叶片长度比较短和批量比较小的时候。闭模真空浸渗技术用于大型叶片的生产和大批量的生产,闭模真空浸渗工艺被认为效率高、成本低、质量好,因此为很多生产单位所采用。采用闭模真空浸渗工艺制造叶片时,首先把增强材料涂覆在涂覆硅胶的模具上,增强材料的外形和铺层数根据叶片设计确定,在先进的现代化工厂,采用专用的铺层机进行铺层,然后用真空辅助浸渗技术输入树脂,真空可以保证树脂很好地充满增强材料和模具的每个角落。

2.3 叶片制作的典型工艺流程

叶片制作的典型工艺如图1所示。

2.4 叶片制作的工程设计

根据产品的生产特点和生产的工艺流程,叶片生产一般分为叶片成型车间、后处理车间、胶模车间等。其中叶片成型车间主要进行叶片原料的加工、叶片的铺层和固化;后处理车间主要进行叶片切割钻孔、打磨等;胶模车间主要进行涂装。

叶片生产因此材料的特性,生产车间对工程设计中的暖通空调要求较高,具体如表2所示。

叶片成型车间生产需要车间面积最大,行车轨道高度高,且成型跨还要求100%的新风,对暖通空调设计是一个难点。

根据产品的特性,其中叶片成型车间生产类别为丙类;后处理车间生产类别为丁类;胶模车间根据采用涂料的不同生产类别不同,一般为乙类;化学品库根据化学品的不同生产类别不同,一般为乙类;同时,因为使用的化学品量较大,故化学品库的面积也较大。上述特性对工程设计中的总图和建筑设计会有较大的影响。

根据工艺要求,后处理车间打磨区域需设中央真空清洁系统,用于区域真空打扫和除尘;另工艺生产中对压缩空气接管也会有一些特殊要求。这些都需要在工程设计中加以注意。

因为叶片长度较长,故在工程设计中要组织好物流,尽量减少叶片的运输,叶片的运输需要充分考虑运输方式,厂房行车轨高的设计既要考虑生产需要,又要考虑尽量不要太高而消耗暖通空调的能源。

叶片生产过程中的污染物主要有:环氧树脂类物质的边角料、涂装的挥发性溶剂、叶片生产过程粘合剂中的挥发物、打磨钻孔中的有机粉尘和玻璃粉尘、打磨噪声等。需要在工程设计中加以考虑。

3 风机主轴和转轴制作的工程设计

3.1 风电主轴的主要技术要求(以丹麦Vestas ESTAS公司2MW为例)

法兰直径:1500mm;

零件总长:2690mm;

净重:6050kg;

材质:42CrMo4;

尺寸精度6级,外圆粗糙度1.6μm,圆柱度0.03mm,

同轴度0.05mm,法兰孔位置度0.1mm。

3.2 风电转轴的主要技术要求(以丹麦Vestas公司2 MW为例)

直径:80~190mm,直径尺寸公差0.02mm;

长度:2217mm;

表面粗糙度:1.6μm;

同轴度:0.01mm;

跳动(轴向、径向):0.01mm。

3.3 风电轴类生产的主要设备

(1)48MN油压四柱下拉快锻压机

油压下拉式快锻压机是自上世纪六十年代开始,逐步发展起来的新型自由锻设备,特别是近年数控及液压技术的发展,使锻压设备向高、精、快发展,改变锻件“肥头大耳”形象,提供了良好条件,与同吨位传统三梁四柱正装液压机相比,油压下拉式快锻压机具有锻造生产速度快,成型可控性好,锻件尺寸精度高,抗偏载能力强,视野宽,适用性好,节约能源等特点。由于其优点显著,技术成熟,迅速得到行业认同,发展速度很快。根据风电主轴技术要求,可以采用两件合锻工艺,采用48MN压机生产,可以达到提高材料利用率,提高生产效率,保证质量的目的。

(2)2000mm6000mm数控车床

风电主轴的尺寸精度、各孔位置精度和表面粗糙度要求十分严格,主要技术要求:尺寸精度6级、外圆光洁度1.6μm、圆柱度0.03mm、同轴度∮0.05mm、法兰孔位置精度0.1mm。因为主轴表面不允许采用磨削加工,故产品的最终精加工必需在数控车床上完成。

(3)龙门式三坐标测量机

测量范围:X为5.0m,Y为2.0m,Z为1.5m,精度为6+6L/1000。风电主轴的验收必须在20℃±2℃的环境下,采用三座标测量机进行产品检测。该仪器属通用性检测设备,结构刚性好,承重能力大,测量精度及效率较高,特别适用于各种结构的零、部件检测,可完成中型到大型零件的测量任务。随着大型成套设备制造精度的提高,在现代重型机械厂大型精密件的生产中,龙门式三座标测量机已属必须配备的检测装备。

(4)Φ130mm数控落地镗铣床:数控落地镗铣床主要用于主轴平端面、打中心孔及法兰孔的加工,以丹麦Vestas公司2MW风电主轴为例,需要在主轴端面上加工的孔有100多个。法兰孔的位置精度要求0.1mm,因此数控落地镗铣床是风电主轴加工的必要装备。

4 结束语

随着国家对清洁能源的强力扶持和风力发电的迅猛发展,已经涌现了很多风力发电装置的制造厂家。本文着重对风力发电装置中的几个关键零部件的生产制造进行了阐述。

参考文献

[1]李佳.风力发电设备发展的最新动向[J].安徽电力科技信息,2006(6):38-41.

谈谈风力发电 第2篇

风力发电起源于丹麦,1890年,丹麦政府制定了风力发电计划,经过18年的努力,世界上首批72台单机功率为5 kW ~ 25 kW的风力发电机问世了.现在丹麦仍然是世界上生产风力发电设备的大国.

空气流动便是风,它有质量,有速度,因此具有能量.风力发电就是要将风能转化成电能.世界上风能究竟有多少?科学家计算,地球上风能数量惊人,可开发利用的大约为2.74 × 10⁹ MW,比地球上可开发水能大10倍,全世界每年消耗的煤所产生的热能还不及每年所产生风能的千分之一.我国风能总量,理论数为3.2 × 10⁹ kW,按十分之一可开发量计算,其能量也十分可观.

风能十分诱人,但是风力发电却困难重重.一是自然原因,表现在风的随机性很大.由于太阳辐射和地球转动,使地面各处受热不均匀,大气层各处温差发生变化,加之空气中水蒸气的含量不同,地面的气压也不同,于是高压空气就向低压区流动,使得风随时随地可以产生,方向不定,大小不一,而且风随季节变化明显,昼夜变化也很大.二是经济原因,目前风力发电成本较高.这些都为风的利用带来很大困难.

风力发电不是由单一的发电机构成的,而是一个较高科技含量的小系统:风力发电机+充电器+数字逆变器.其中风力发电机又由叶片､机头､转体和尾翼组成.叶片用来接受风力使机头内转子转动,机头内转子是永磁体,定子绕线切割磁力线产生电流,转体能使机头灵活转动以实现尾翼调整叶片方向,让叶片始终对着来风的方向,从而获得最大风能.由于风量不稳定,因此风力发电机头输出的是频率变化的交流电,必须经过整流,再对蓄电瓶充电,把电能转化成化学能.接着数字逆变器把电瓶里的化学能转化成220 V交流电,保证稳定使用.

从以上分析可知,风力发电机只是给电瓶充电,是电瓶把电能储藏起来供使用.所以用电器的电功率大小与电瓶容量的大小有密切关系.在内地,小的风力发电机更适用,因为它更容易被小风量带动发电,而且能持续发电,比一阵狂风更能提供较大电能.因地制宜选择风力发电机功率可以降低成本,经济适用.

现在能源紧张,环境污染严重,风能作为一种可再生的清洁能源,日益受到人们的青睐.全世界风电产业已经进入规模化阶段,风能发电机容量逐年增加,国际上容量已达5 MW.风电成本可望在十年内再降低10%左右.我国风能资源丰富,主要分布在东南沿海､内蒙古､甘肃､新疆和青藏高原等地区.我国无锡和湘潭地区已造出2 MW直驱式永磁风力发电机.在2008年,我国青岛将建成5台5 MW级海上风力发电机组,这是我国第一个海上大型风力发电机项目,创出亚洲新纪录.我国政府高度重视可再生清洁能源的建设,风力发电必将成为我国新能源中的一朵奇葩!

风力发电塔减振装置的研究现状 第3篇

关键词：风力发电塔,减振装置,研究现状

0前言

近些年, 我国风电产业发展迅速, 风电产能增加的同时也出现了一系列挑战。由于风机的工作环境相对恶劣, 在各种荷载的作用下风力发电塔频繁振动, 塔筒上的联结螺栓易疲劳松动, 以致出现机舱振幅过大甚至塔架失稳倒塌现象, 这将导致巨大的经济损失[1]。

高耸结构在大风作用下将会产生较大的响应, 设置结构振动控制装置来积极抵御灾害, 从而减小结构振动, 对这一原理国内外均已有较多的研究, 也为工程界所接受。目前很多典型的振动控制方法已在各种工程实例中体现, 如拉索控制、调频阻尼器以及PTTMD[2]等。根据是否需要外界能源, 结构振动控制一般可分为四类: (1) 被动控制方法。不需外部能源驱动, 仅依靠控制装置与结构相互作用向结构提供惯性力即控制力; (2) 主动控制方法。控制力由前馈外激励和反馈结构的动力响应决定; (3) 半主动控制方法。以被动控制为主, 当结构动力反应开始越限时, 施加能源使控制系统切换工作状态 (所需能源较小) ; (4) 混合控制方法。例如主被动调谐质量阻尼器 (active-passive tuned mass damper, APTMD) [3]。

对于风力发电塔来说, 塔筒的振动形式主要为侧向弯曲振动、前后弯曲振动和扭转振动;桨叶在前十阶的振动形式主要为挥舞振动和摆振[4]。为了不影响叶轮的安全转向, 不能在风机周围设置拉索之类的加固措施, 而塔筒内部有限的可利用空间也制约了很多经典方法的实现。然而风机的重要缺点之一是维护成本昂贵且维修率偏高, 于是试图找到合适的振动控制装置是很有必要的[1]。

1 风力发电塔减振器的研究进展

在风电塔的振动控制研究初期, 有这样一种方法:在风机塔架顶部的塔筒内, 位于风力发电塔的机舱下方放置大量沙袋, 力图利用振动时沙粒或沙袋相互运动产生的摩擦消耗振动能量、降低振动。实际应用表明效果很差, 这是因为所有沙粒随着塔顶同步运动而很少发生相对运动[5]。为了达到更好的效果, 之后很多学者从不同角度入手研发了各种风力发电塔的减振装置。

1.1 TMD模型的改进及其拓展

1.1.1 可调节旋向的调谐质量阻尼器

目前实际应用的TMD大多为悬吊式TMD和支撑式TMD两种形式。传统的典型TMD装置应用于风机塔架内, 无法实现伴随风力发电机的偏航对风而同步旋转调向, 因此不能充分发挥TMD的减振控制效果。针对这一问题, 黄亮的发明提供了一种风机用调谐质量阻尼器减振控制装置, 可以随风向主动进行调整, 最大限度地控制振动幅值。该装置主要部件为转盘、转盘传动总成、回转支撑部件以及质量块总成等。不仅如此, 该装置设计了具有直线导向槽的限位导轨, 固定设置在质量块下方的转盘上, 质量块支撑装置的下端置于直线导向槽内并可沿该限位导轨直线位移。其优点为控振方向确定唯一, 克服了传统TMD利用水平面内两个垂直的方向的合成运动控制TMD振动方向的模糊性缺陷[6]。

1.1.2 自适应变频TMD

中国海洋大学的赵金赛研究的自适应TMD的概念既保留了MTMD多工作频率的优势, 同时又是单TMD系统, 安装、维护简单。该装置包括主TMD系统、变刚度机构、频率敏感系统三大部分。其中频率敏感系统由多套弹簧-质量块体系组成, 不同频率下相应的频率敏感系统响应, 驱动变刚度机构改变TMD频率。变刚度机构包括气泵和液压缸。其中液压缸活塞两侧腔室分别通过液压管路与储油缸连接, 液压管路上设有阀门, 可控制活塞杆自由和锁定两种状态转换。气泵由频率敏感系统发生共振时驱动, 产生的有压气体用于控制气动液压阀的开闭。

该装置变频的机理如下:当结构振动频率f与TMD自身频率相同时, 各频率敏感系统没有响应, 各液压阀处于打开状态, 液压缸的活塞杆处于自由状态, 此时TMD在自身频率下起到减振作用。当结构工作在另一频率f1时, 具有相应固有频率的频率敏感系统m1处于共振状态, 产生的动能通过气泵泵入气缸, 使得气缸内压力上升并通过出气口控制液压阀关闭, 活塞杆锁定, 给TMD的弹性杆施加约束, 从而改变TMD频率至f1[3]。

1.1.3 自身周期可调节的减振器

日本三菱重工业株式会社的川端稔等设计了一种反摆状衰减机构, 其作为整体是沿支柱内壁面的大致圆弧形状。其核心部件是第一振动系统和第二振动系统。第一振动系统包括第一重锤和为了把第一重锤支撑在风力发电塔上而竖立设置在塔身的支撑棒。下侧接头连接塔身与支撑棒的下端, 上侧接头连接第一重锤及支撑棒上端。同样的, 第二振动系统包括竖立设置在风力发电塔的弹性部件以及第二重锤。第一重锤和第二重锤中至少有一个是由能够装卸的多个重锤片构成。当塔身发生振动时, 第一重锤和第二重锤在同一水平面内同方向振动, 且两者为垂直方向的相对运动, 这是靠限制机构来实现的。这个减振装置最突出的特点是第一重锤和第二重锤的合质量不变, 通过改变两者的重量比, 可以调节装置本身的周期。由于该装置使用的是常见材料的一般零件, 所以在维修保养时容易得到替代品[7]。

1.2 利用特殊工程材料

同济大学的李杰教授等利用粘弹性材料的耗能设计了两种不同的减振装置。其提到的粘弹性材料一般可以选用天然橡胶、丁基橡胶、有机硅胶、氯丁橡胶等。

文献[8]介绍了一种占用空间最少的减振装置。应用时至少将4个减振装置对称安装于塔架的同一高度处。粘弹性材料通过硫化的方式将第一钢板、第二钢板相连, 其中第二钢板插入第一钢板的平行的两块钢板之间。其工作原理为:当风塔受外荷载作用发生弯曲变形时, 塔身两侧分别产生伸长和缩短变形, 从而使得固定于塔身的减振装置内部的粘弹性材料产生剪切变形并耗能, 通过粘弹性材料将外部输入的一部分能量耗散或转化成热能。

在文献[9]提到的方法中, 其减振装置包括金属圆球、球壳底座和上部盖板。球壳底座内设有腔体, 上部盖板安装于球壳底座上, 上部盖板与球壳底座的腔体形成密封腔。金属圆球置于球壳底座的腔体内, 主要依靠金属圆球的滚动吸收外界施加给风力发电机组的能量。所述的金属圆球为塔体总质量的0.5%~0.2%, 故成本相对较低。粘弹性材料作为阻尼层设置在腔体表面, 提供金属圆球运动的阻尼力。该振动控制系统制作简单, 可以很好地减少和控制水平方向的振动。

1.3 利用电子器件控制实现主动减振

主动控制是通过安装在结构上的传感器测得结构的响应或外荷载并输入计算机, 从而对环境动荷载和结构的响应实现联机的实时跟踪和预测, 并通过作动器对结构施加控制力, 在满足一定的优化准则前提下, 达到减小或抑制结构振动响应的目的。由于实时控制力可以依据外界荷载的变化而变化, 所以减振效果明显优于被动控制。主动控制技术已发展为一门涉及多方面的新兴交叉学科[3]。

在高层建筑中, AMD (主动式重物减振) 已得到一定的应用, 为了将其应用在风力发电塔中, 三菱重工业株式会社的若狭强志等将其进行了改进, 用加速度计、倾角控制机构、加法装置和速度推算装置等代替传统的相当大的重物和驱动该重物的致动器。

其工作原理如下:利用安装在机舱内的加速度计监测该机舱振动的加速度, 根据该加速度算出用来使风车叶片上产生消除机舱振动的推力的该风车叶片的倾角, 作为减振用翼倾角指令输出。而在倾角控制装置中, 计算出用于使输出达到预定值的风车叶片的倾角, 作为输出控制用翼倾角指令输出。利用加法装置使输出控制用翼倾角指令与减振用翼倾角指令重叠, 根据该重叠后的倾角指令控制风车叶片的倾角。

其中速度推算装置通过对前述加速度计检测出的加速度积分, 计算出速度。控制装置具有相位超前补偿装置和相位滞后补偿装置, 使得计算的倾角更加准确。控制装置具有将速度推算装置推算的速度作为输入的比例控制器、比例积分控制器、线性二次调节器以及线性二次高斯调节器中的任意一种[10]。

2 展望

本文对风力发电塔的几种减振装置进行了总结。就目前的风力发电塔减振器而言, 大部分仍处于理论或初探阶段, 很少有已大规模投入应用的产品。因此在理论分析基础上进行模型试验或者实测都是一种很有必要的深化研究。

无论是从为了保证能在塔筒内部有限的空间使用还是从经济性角度出发, 风电减振装置的研究方向必将朝着小型化、轻型化发展。若要得到大量的实际应用, 还应力求做到模板化, 以满足不同型号的风机的需求而不需过多的重新设计。

参考文献

[1]黄超.风力发电机塔架减振装置及其设计[D].湘潭:湘潭大学, 2011.

[2]王肇民.高耸结构振动控制[M].上海:同济大学, 1997.

[3]赵金赛.自适应变频TMD减振技术及其在海上风电塔架减振中的应用研究[D].青岛:中国海洋大学, 2009.

[4]马跃强.风力发电塔系统整体建模与模态分析研究[J].石家庄铁道大学学报:自然科学版, 2010, 23 (4) :21-25.

[5]唐德尧.一种风力发电机塔架减振装置及设计方法[P].中国专利:CN101852188A, 2010-10-06.

[6]黄亮.风机用调谐质量阻尼器减振控制装置[P].中国专利:CN101302995A, 2008-11-12.

[7]三菱重工业株式会社.减振装置、风力发电装置和减振方法[P].中国专利:CN102893052A, 2013-01-23.

[8]同济大学.阻尼减振装置及使用该装置的风力发电高塔[P].中国专利:CN102146975, 2011-08-10.

[9]同济大学.一种减振装置及使用该装置的风力发电高塔[P].中国专利:CN202040268, 2011-11-16.

风力发电抢占数据先机 第4篇

鞭打着大海的海风强劲又善变，让人难以捉摸。这里悬崖陡峭，不少处海面急剧下降产生湍流，极易磨损昂贵的设备。

多亏了丹麦风力发电公司Vestas Wind Systems（下简称“Vestas”）的数学计算，挽救了这样的“冒险”。

Vestas利用数据找到了适用于项目、并且可以使用强力风力发电机的办法，还计算出了安装它们的确切位 置。

这意味着，使用这些设备的公司可以购买更少的设备，使这一价值12亿美元的项目成本大大降低。

为了使风能成为一种有竞争力的能源，这家公司走在前列—不再让风力发电成为资助性试验。为了实现这一目标，公司已经在可再生能源产业树立起了榜样，这还是在政府补贴不断削减、油价和天然气价格不断浮动的情况下实现的。

Vestas深知可再生能源这门生意有多无常。

在经济危机和全球经济下行之后，Vestas的经营成本增加，政府补贴一再减少，风力发电机的市场需求也经历了暴跌。然而这并不是Vestas第一次遭遇不幸—1980年代，该公司就曾抵达破产边缘。

在近年经济危机中期担任董事长的伯特·诺德伯格（Bert Nordberg）也坦承说，员工对公司的信心已经“跌落低谷”。紧跟着的便是一系列痛苦的成本削减。Vestas关闭或变卖了其在全球31家工厂中的19家，共裁员1.55万人，占其员工总数的1/3，此外还减少了风力发电机生产线。

2013年，该公司聘请了新的首席执行官安德斯·鲁内瓦德（Anders Runevad），他和诺德伯格一样也是瑞典人，曾担任爱立信的首席执行官。丹麦全国上下都经历了政府补贴削减带来的阵痛，工人们甚至把这种新的“瑞典”经营模式拿来当作调侃。

这些举措，随着风力发电机市场的复苏，很快便收到成效。

连续经历3年利润下滑，以及2013年全年惨败后的Vestas，在2014年第一季度终于起死回生。该年8月，公司公布其第二季度利润为2.78亿欧元，几乎是上一年全年利润的两倍。2014年年收入上涨46%，达26亿欧元。

整个大行业也有所好转。据伦敦巴克莱银行（Barclays Bank）可再生能源分析师大卫·沃斯（David Vos）表示，8家大型风力发电机生产商的总收入，包括Vestas，去年上涨了17%，达270亿欧元。

同时风力发电的成本在降低。在一些地区，比如印度，设立风力发电农场来为工厂或附近城镇供电，甚至比普通发电方式—比如铺设天然气管道—更加实 际。

在美国德克萨斯州潘汉德尔（Panhandle）这样石油储藏量丰富的地方，风力发电甚至成为矿物燃料的竞争对手，而那里正是Vestas最大的市场。

该产业在全球的发展趋势为Vestas提供了强劲的优 势。

与对手通用电气（主要在美洲发展）不同的是，Vestas的销售范围更广。去年，它共在全球34个国家销售了风力发电机，也拥有全球陆上风力发电机市场的最大份额（中国没有进入排名）。

“它们的市场规模得天独厚。”沃斯表示。

决定这一成效的因素还有数据收集。多年来，Vestas一直在大规模研究数据。

该公司总部位于丹麦日德兰半岛港口城市奥尔胡斯（Aarhus）郊区，在近期接受一次采访时，工厂解决方案部门副总经理克里斯蒂安·克里斯滕斯（Christian Christensen）表示：“如果你需要从事安装和销售风力发电机的工作，那就必须确切掌握安装这些设备的天气状况如何。”

十多年来，Vestas不断优化数据测算技术，来预测风速、风向的变化和其他天气特征。2006年，公司购入一批电脑，将天气预测和风轮安装点相结合，以此测算可能带来的好处。客户很喜欢测算结果，于是Vestas在2008年将电脑换成了超级计算机。公司不仅升级了技术，还新增了一支气象家团队，来帮助调整气候模型。

这意味着，公司能够预测，在一台风力发电机20年的寿命当中，距离它周围10平方米范围内的风力变化。如果再加入其他变量，比如风力发电机的价格、土地租赁的费用和客户所要付出的电费，Vestas很快就能为买家计算出在某个地点安装风力发电机可能带来的经济效益。

这些模式还能测算出风力发电机的最佳安装地点，以及使用哪个型号的风力发电机创收最多。Vestas和竞争对手一样，都在设计适用于风力极小和风力极强地区的风力发电机。它能算出可以关闭风力发电机的弱风时段，如果利用这段时间来维修设备，可以使收入损失降低到最小。

以Fosen的项目为例，该公司已经帮助挪威国有企业Statkraft完成风力发电机建设，并且省下不少成本，让投资有所回报。公司还为其提供了许多还没有上市的强力风力发电机，这意味着，Statkraft购入的设备更少了，并为Fosen省下安装成本。

风力发电装置 第5篇

我国幅员辽阔, 海岸线长, 风能资源较为丰富"据中国气象科学研究院估算, 全国平均风功率密度为100 w/m2, 风能资源总储量约32.26亿k W, 未来中国风电发展将呈现出新的趋势:一是经过20多年的发展, 未来风电相对于太阳能等可再生资源技术将更成熟、成本更低、对环境破坏更小;二是实现风力发电技术装备国产化;三是海上风力发电兴起并将成为重要能源形式;四是风力发电机组不断向大型化发展。

1 基于越野车行李架的风力发电试验装置结构与工作原理

1.1 固定式

本装置置于越野车的行李架11上, 包括:电压输出端1、叶片2、导流罩3、发电机4、尾翼杆5、尾翼6、立杆7、底板9、夹板10。其中, 底板9和夹板10通过连接螺栓8和螺帽12的配合固定在行李架11的上下端, 立杆7固定在底板9上, 导流罩3、发电机4、尾翼杆5和尾翼6依次固定相连成一体, 并由立杆7支撑, 叶片2固定在发电机4的转子上, 电压输出端1与发电机4相连, 如图1所示。

1.2 磁盘式

越野车停驶时, 将装置取出放置在车顶, 叶片2由风驱动, 叶片2带动发电机4的转子转动发电, 发电机4发出的电由电压输出端1输出, 输出的电流既可以给蓄电池充电, 也可以为汽车小型用电器供电。

本装置置于越野车的车顶, 包括:电压输出端1;叶片2;导流罩3;发电机4;尾翼杆5;尾翼6;磁盘7。其中, 导流罩3、发电机4、尾翼杆5和尾翼6依次固定相连成一体, 并由立杆7支撑, 立杆7与磁盘8螺栓连接。叶片2固定在发电机4的转子上, 电压输出端1一端与发电机4相连, 另一端与车内的用电器、蓄电池相连。如图2所示。

越野车停驶时, 将装置取出放置在车顶, 依靠磁盘的吸力固定在车顶。叶片2由风驱动, 叶片2带动发电机4的转子转动发电, 发电机4发出的电由电压输出端1输出, 输出的电流既可以给蓄电池充电, 也可以为汽车小型用电器供电。

2 基于越野车行李架的风力发电试验装置特点

固定式装置具有体积小、安装方便、运行可靠、无污染等优点, 并已获国家专利授权。磁盘式装置具有体积小、易安装、运行可靠、无污染等优点, 可以推广至所有汽车。

参考文献

[1]贾晨霞.风能利用及风力发电技术现状研究[J].科技信息, 2012 (28) .

风力发电装置 第6篇

随着可持续化发展理念的深入, 面对越来越严重的资源短缺问题, 寻找一种可利用的环境友好型能源已成为大势所需。风力发电作为一种新型绿色能源, 拥有广阔的市场前景。在风力发电过程中, 不仅不会产生环境污染, 而且不需耗费化石燃料, 契合环境保护要求。同时, 风力作为一种天然的自然资源, 取之无尽, 循环再生, 与社会的可持续发展相适应。

目前, 由于小型风力发电设备结构较为复杂, 可携带性差, 不能完全符合人们日益快捷和方便的生活方式, 外加对自然风速的较高要求, 使其适用范围较小, 造成市场应用程度较低, 未能达到理想的社会普及程度和节约能源的效果。利用本次创新实验的机会, 经过一段时间的学习和研究, 课题组对风力发电机设备的设计提出了一些改进, 希望能促进风力发电系统的完善, 为风力市场的发展提供助力。

二、设计方案

三、设计构思

为了改善目前风力发电设备单纯依靠风力发电, 市场适用率较低的情况, 提高风力发电的性能和环境适应性是关键。风力作为一种自然资源, 虽然产能丰富, 然而其风力的性能受地理环境, 气象条件等多种不可控因素影响较大, 风力大小不稳定。通过增加手动发电装置, 实现风力和手动互补发电, 对风力发电机正常的风力发电不仅不会造成影响, 同时当风力资源不足时, 或应急状态下, 让手动带动传动装置的旋转, 使其能正常产生稳定的电能并存储到蓄电池中用于使用。在提高风力发电机利用率的同时, 也大大提高了风力发电机的市场适应性。

采用新型螺旋型风机叶片, 与传统的三叶式叶片相比较, 螺旋型叶片对空间的利用率较高, 在运输时, 便携性较好, 对于野外用电需求者来说, 组装也更为方便。

四、结构设计

将风力和手动发电结合起来, 形成互补发电装置, 由于风力和手动发电利用的是同一组传动装置, 为了使设备的功率功能更加稳定, 需对转动装置在风力带动和手动状态下的转速进行相关研究, 通过增加合理的变速装置, 使在风力和手动装置下传动装置的转速是相近的, 保证发电机产生的电流大小稳定。控制器对发电机的电能进行调节和控制, 一方面把调整后的电能输送到蓄电池, 让蓄电池储存能量, 一方面对输送到蓄电池的电能进行控制, 防止蓄电池过充。从而形成一套完整的风力与手动双重发电设备, 为用电负载提供电力支持。

五、结语

本文对传统小型风力发电设备进行了结构改进, 促进风力发电机便携性和实用性, 在追求快捷方便和实用的现代化生活节奏下, 手机, 电脑等工作娱乐设备都离不开电, 无论是家用还是野外旅行, 一款功能强大且方便携带的风力与手动互补的发电设备不仅是我们生活的必备品, 也为我们新时代的生活带来福音。希望在不断的探索和努力下, 风力发电设备更加先进和完善, 让绿色能源成为我们生活的主导。

参考文献

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风力发电装置 第7篇

风能作为太阳能的一种转化形式,是一种清洁的可再生能源,它具有资源丰富、利用方便、分布广泛等优点,在新能源中占有重要的地位。风力发电系统是将风能转换为电能的装置,主要分为两种类型,一种是接入电力系统运行的并网型系统,另一种是独立运行的离网型系统。我国地域辽阔,地形复杂,边远的牧区、农村、海岛和边防哨所等处存在用户分散、用电量相对较小等特点。离网型风电系统具有架设方便、成本低廉、形式灵活等优点,可以较好地满足上述地区的用电需求,因而得到广泛应用[1,2]。

为节省成本,离网型永磁风力发电机变流器多采用不控整流 + Boost斩波电路的拓扑结构,该拓扑结构控制算法简单,并可在一定风速范围内实现最大风能捕获[3]。离网型风电系统因其简便易用的优点引起了各国学者的重视,文献[4-10]分别从发电机设计、内部场计算、风电实验平台模拟、最大风能捕获算法、PWM调制策略、能量管理和非正常工况下控制策略等角度对离网型风电系统进行了深入研究,得出了一系列有意义的结果。

随着经济的发展,居民用电设备越来越多,用电量也逐年增加。原有的离网型风电系统容量难以满足居民的用电需求,如抛弃原系统而使用新型较大容量的风电系统,会造成较大的浪费; 简单串/并联又会限制发电机的运行范围,因此离网型风电系统增容问题亟待解决。

针对这一问题,本研究提出一种新型的离网型风电系统级联整流装置,设计两套不控整流 + Boost斩波电路,并采用共直流母线技术,实现两台发电机同时并网运行。

1数学模型

新型离网型永磁风力发电系统分为3个部分,分别为永磁发电机、级联整流装置和逆变器,系统框图如图1所示。其中,级联整流装置由两个不控整流单元和两个Boost斩波电路单元构成,两套单元之间用二极管D3、D4和IGBT S3连接。

该拓扑结构可以通过改变S3的通断状态,从而改变电路的运行状态。当风速较低时,发电机转速较慢、端电压较低,S3处于导通状态,两个Boost斩波电路单元串联连接,以满足逆变器对直流侧电压udc的要求; 当风速较高时,发电机转速较快、端电压较高,S3处于关断状态,两个Boost斩波电路单元通过D3、D4并联连接,保证直流侧电容电压的稳定,从而扩大了整体系统的调速范围。

1. 1 发电机与不控整流电路

以第1台发电机为例,忽略发电机定子电阻,将发电机与不控整流电路作为一个整体,可得等效电路如图2所示。

u1a,u1b,u1c—发电机端电压; e1a,e1b,e1c—发电机相反电动势; i1a, i1b,i1c—发电机定子相电流; Ls—发电机定子电感; U1d—发电机整流电压平均值; I1d—发电机整流电流平均值

根据永磁发电机运行原理可知,发电机相反电势有效值可表示为[11]:

式中: p1—发电机极对数,ω1—发电机转速,Ψ1f—转子磁链,K1e—反电势系数。

在不控整流电路工作过程中,由于发电机定子存在电感,因此电流换相过程无法瞬时完成。在三相平衡电路中各次换相情况均相同,此处本研究以电流从c相换至a相为例研究电路的换相过程。在此过程中,从t = 0或ω1t = 0时刻开始( 起始时间任选) ,电流从D15换至D11,在此之前,电流i1d流过D15和D16,换相过程相关的等效电路及电流变化情况如图3所示。

图 3 电流从 c 相换至 a 相过程

在换相过程中,定子a相和c相之间电压差为u1comm= u1an- u1cn,由于D15和D11同时导通而形成的短回路环流电流i1m,由电路原理可得:

当ω1t = m时换相过程结束,电流i1m从0增大到I1d,如图3( b) 所示,a相定子电感电压为:

设I1d在换流过程中保持不变,则c相定子电感电压为:

对图3( a) 所示等效电路中上面的环路应用KVL定律,并由式( 3,4) 可得:

进一步整理上式可得:

在0 ~ m换相时间段内对上式两边积分可得:

永磁发电机定子线反电动势可以表示为:

将式( 8) 代入式( 7) ,并计算可得:

进一步整理可得:

由图3( c) 可以看出,在电流换相的起始时刻有u1Pn= u1an。在换相过程中,即0 < ω1t < m时间段内,由图3( c) 和式( 6) 可得:

式中: u1La—Ls两端电压为换相期间电压u1Pn的跌落部分,如图3( c) 所示。跌落部分电压的积分结果为面积A1m,由式( 7) 可得:

跌落的面积A1m每60°出现一次,因此发电机整流电压平均值将减小,换相电压跌落为:

因此,每次换相期间的整流电压平均值为:

式中: U1d0—理想的整流电压平均值。

式( 14) 中的整流电流平均值I1d与发电机相电流有效值I1s的关系为:

将式( 15) 代入式( 14) 中,并考虑二极管压降,则发电机整流电压平均值与发电机相反电势有效值、相电流有效值之间的关系可表示为:

将式( 1) 代入式( 16) 可得:

同理,另一台发电机与不控整流电路也具有类似的数学模型。

1. 2 级联式 Boost 斩波电路单元

由Boost斩波电路原理可得发电机整流电压平均值与斩波电路输出电压平均值间的关系为:

式中: d1,d2—开关器件S1和S2的占空比。

当两个Boost斩波电路处于串联状态时,直流侧电容电压为:

反之,当两个Boost斩波电路处于并联状态时,直流侧电容电压为:

2控制框图

在实际运行过程中,由逆变器和蓄电池的规格决定了Udc保持为某一固定值不变,则由式( 17 ~ 20) 可离线计算出不同发电机转速下的占空比。为了减少高次谐波、避免窄脉冲的出现,可以将占空比设定为一个范围,由该范围上、下限即可确定串、并联模式切换时对应的发电机临界切换转速。

当发电机低速运行时,控制器采集风速信息,由最大风能捕获原理计算出发电机参考转速ω1ref和ω2ref, 并调节开关器件S1和S2的占空比,使发电机实际转速不断趋近参考转速。此时开关器件S3处于导通状态,两个斩波电路工作在串联方式,直流侧电压的数学关系如式( 19) 所示,S1和S2占空比较大。

随着发电机转速逐渐升高,S1和S2占空比不断减小,发电机转速升至某一阈值时,开关器件S3断开,两个斩波电路工作在并联方式,直流侧电压的数学关系如式( 20) 所示,S1和S2占空比重新回到较大的数值。

当发电机由高速向低速运行时,调节过程相反,两个斩波电路由并联方式重新回到串联方式,以保证S1 和S2占空比始终位于合适的数值,保持系统稳定运行。控制器原理框图如图4所示。

3仿真验证

为验证提出算法的正确性,笔者在Matlab平台下搭建了两台风力发电机仿真模型,仿真模型参数如下: 发电机额定功率150 k W,转速范围40 r/min ~ 80 r/ min,风轮半径9 m,直流侧电压1 000 V,占空比限幅为0. 2 ~ 0. 8。

由式( 17 ~ 20) 可计算出串/并联临界切换转速约为60 r/min。为了避免在临界切换转速附近频繁通断S3,本研究采用了滞环方法,即在转速上升阶段,在65 r / min处由串联方式切换至并联方式; 在转速下降阶段,在55 r/min处由并联方式切换至串联方式。

系统在升速过程中由串联转换成并联过程仿真波形如图5所示。由图5( a) 可以看出,两台发电机在4 s时转速升高,最后分别稳定在80 r/min和70 r/min,调速过程快,稳态误差较小。由图5( b) 可以看出在发电机转速达到65 r/min时,系统工作方式由串联切换至并联方式,S3关断。由图5( c) 、5( d) 可以看出,发电机在稳态运行时平均占空比相差不大,并没有随着转速的大幅上升而大幅降低,在调整前后都保持在0. 5附近,避免了极限占空比的出现。切换过程较平稳,由于发电机1稳态转速高,因此占空比略低于发电机2。

图 5 发电机升速过程仿真波形

系统在降速过程中由并联转换成串联过程仿真波形如图6所示。由图6( a) 可以看出,两台发电机在12 s时转速降低,最后分别稳定在40 r/min和50 r/min,调速过程快,稳态误差较小。由图6( b) 可以看出在发电机转速达到55 r/min时,系统工作方式由并联切换至串联方式,S3导通。由图6 ( c) 、6 ( d) 可以看出,在12. 9 s时平均占空比应随发电机转速降低而进一步升高,但随着工作方式由并联切换成串联,占空比反而降低,最后稳定在0. 5 ~ 0. 75之间。整个切换过程平稳迅速,占空比保持在合理范围内,避免了窄脉冲出现, 保证了系统稳定运行。

4结束语

本研究提出了一种新型离网型永磁风力发电机级联整流装置,该装置采用两套不控整流 + Boost斩波电路共直流母线拓扑结构,可实现两台发电机同时并网运行,增加了系统容量。此外,该装置还可以根据不同的发电机转速,改变两台发电机间的工作方式,使发电机占空比保持在合理的范围内,避免了窄脉冲的出现, 同时使系统保持较高的运行效率。

图 6 发电机降速过程仿真波形

研究结果表明,系统切换过程平稳,能够迅速跟踪参考转速,系统具有较好的动、静态性能。

参考文献

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风力发电装置 第8篇

关键词：风能,风力发电机组,风电系统

0 引言

众所周知,可再生能源有水能、风能、太阳能、生物质能、潮汐能、地热能六大形式。其中,风能源于太阳辐射使地球表面受热不均、导致大气层中压力分布不均而使空气沿水平方向运动所获得的动能。据估计,地球上可开发利用的风能约为2107MW,是水能的10倍,只要利用1%的风能即可满足全球能源的需求[1]。在石油、天然气等不可再生能源日益短缺及大量化石能源燃烧导致大气污染、“酸雨”和“温室效应”加剧的现实面前,风力发电作为当今世界清洁可再生能源开发利用中技术最成熟、发展最迅速、商业化前景最广阔的发电方式之一已受到广泛重视。文中阐述了风力发电机组及恒速恒频、变速恒频风力发电系统的基本结构和工作原理,综述了国内外风力发电技术的发展现状和发展趋势。

1 风力发电机组的基本结构和工作原理

典型的风力发电机组主要由风轮(包括叶片、轮毂)、(增速)齿轮箱、发电机、对风装置(偏航系统)、塔架等构成(图1)。其工作原理为:风以一定的速度和攻角流过桨叶,使风轮获得旋转力矩而转动,风轮通过主轴联接齿轮箱,经齿轮箱增速后带动发电机发电。

由于风力发电机组频繁起停,风轮转动惯量又很大(大型风力发电机组的单个叶片重达数吨),故风轮的转速设计值较低,通常为20～30r/min(机组容量越大,转速越低)[2];另一方面,为了限制发电机的体积和重量,其极对数较少,故在风轮与发电机间通常设置增速齿轮箱,将风轮输入的较低转速增速到1000～1500r/min[1]以满足发电机所需。

风力机按风轮主轴的方向分为水平轴、垂直轴两大类;对水平轴风力机,需要风轮保持迎风状态,根据风轮是在塔架前还是在塔架后迎风旋转分为上风向和下风向两类。现代风力发电机组大多数采用上风向(风轮在塔架前面迎着风向旋转)、水平轴式(风轮的旋转平面与风向垂直、旋转轴与地面平行)、3叶片,且在大型机组中采用变桨距风轮,即桨叶与轮毂不象传统的定桨距失速型那样采用刚性联接,而是通过可转动的推力轴承或回转支撑联接,以使叶片攻角可随风速变化进行调整从而对风轮进行调速(限速)。

偏航系统是上风向水平轴式风力机风轮始终保持迎风状态及提供安全运行所需锁紧力矩的特有伺服系统,其通过驱动机舱围绕塔架的垂直轴转动以使风轮主轴保持与稳定的风向一致;另外,当因偏航动作导致机舱内引出电缆扭绞时,偏航系统应能自动解除扭绞。

风力发电机组中的发电机一般为异步发电机(包括笼型、绕线型)或同步发电机(包括永磁、电励磁),采用何种形式的发电机主要取决于风力发电系统的形式。

根据风力机的基础理论,风力机从自然风中捕获风能所获得的机械功率为[2]

undefined

式中:Pm 机械功率,W;

v1 距离风机一定距离的上游风速,m/s;

ρ 空气密度,kg/m3;

S 风轮的扫风面积,m2;

Cp 风能利用系数。德国的空气动力学家贝兹(Albert Betz)1926年提出的“贝兹极限”[2,4,5]表明:风力机的实际风能利用系数Cp<0.593。

风能利用系数Cp是体现风轮气动特性优劣的主要参数,其是叶尖速比λ和桨叶桨距角β的非线性函数,而叶尖速比λ为风轮叶片叶尖的线速度与风速v1之比,即

undefined

式中:n 风轮的转速,r/min;

ω 风轮的角速度,rad/s;

R 风轮的半径,m;

v1 上游风速,m/s。

图2和图3分别为基于某定桨距风力机四参数模型、某变桨距风力机七参数模型的Cp-λ曲线[6]。

图2表明,当桨距角保持不变时,风能利用系数Cp只在对应最佳叶尖速比λopt点处获得最大值Cpmax。

显然,在不同的风速下,若通过调节风轮的转速使其叶尖速比λ=λopt,则可维持风力机在最大风能利用率下运行,这正是变速风力发电机组转速控制的基本目标。

图3表明,同一叶尖速比下,不同的桨距角对应不同的风能利用系数,因此,通过改变桨距角可控制风力发电机组的功率。事实上,与功率输出完全依靠桨叶气动性能的定桨距风电机组相比,桨距角可控制的变桨距风电机组具有如下优势[2]:在额定功率点以上输出功率平稳;在额定点风能利用系数较高;可保证在高风速段输出额定功率;优良的起动、制动性能。

2 风力发电系统的基本结构和工作原理

风力发电系统从形式上有离网型、并网型。离网型的单机容量小(约为0.1～5kW,一般不超过10kW),主要采用直流发电系统并配合蓄电池储能装置独立运行;并网型的单机容量大(可达MW级),且由多台风电机组构成风力发电机群(风电场)集中向电网输送电能。另外,中型风力发电机组(几十kW到几百kW)可并网运行,也可与其它能源发电方式相结合(如风电-水电互补、风电-柴油机组发电联合)形成微电网。并网型风力发电的频率应保持恒等于电网频率,按其发电机运行方式可分为恒速恒频风力发电系统和变速恒频风力发电系统两大类。

2.1 恒速恒频风力发电系统

恒速恒频风力发电系统中主要采用三相同步发电机(运行于由电机极对数和频率所决定的同步转速n0)、鼠笼式异步发电机(SCIG)。且在定桨距并网型风电机组中,一般采用SCIG,通过定桨距失速控制的风轮使其在略高于同步转速n0的转速(一般在(1～1.05)n0之间)稳定发电运行。图4为采用SCIG的恒速恒频风力发电系统结构示意图,由于SCIG在向电网输出有功功率的同时,需从电网吸收滞后的无功功率以建立转速为n0的旋转磁场,这加重了电网无功功率的负担、导致电网功率因数下降,为此在SCIG机组与电网之间设置合适容量的并联电容器组以补偿无功。在整个运行风速范围内(3m/s

恒速恒频风力发电系统具有电机结构简单、成本低、可靠性高等优点,其主要缺点为:运行范围窄;不能充分利用风能(其风能利用系数不可能保持在最大值);风速跃升时会导致主轴、齿轮箱和发电机等部件承受很大的机械应力。

2.2 变速恒频风力发电系统

为了克服恒速恒频风力发电系统的缺点,20世纪90年代中期,基于变桨距技术的各种变速恒频风力发电系统开始进入市场,其主要特点为:低于额定风速时,调节发电机转矩使转速跟随风速变化,使风轮的叶尖速比保持在最佳值,维持风电机组在最大风能利用率下运行;高于额定风速时,调节桨距以限制风力机吸收的功率不超过最大值;恒频电能的获得是通过发电机与电力电子变换装置相结合实现的。目前,变速恒频风电机组主要采用绕线转子双馈异步发电机,低速同步发电机直驱型风力发电系统亦受到广泛重视。

a) 基于绕线转子双馈异步发电机的变速恒频风力发电系统

绕线转子双馈异步发电机(DFIG)的转子侧通过集电环和电刷加入交流励磁,既可输入电能也可输出电能。图5为基于绕线转子双馈异步发电机的变速恒频风力发电系统结构示意图,其中,DFIG的转子绕组通过可逆变换器与电网相连,通过控制转子励磁电流的频率实现宽范围变速恒频发电运行,其工作原理为:转子通入三相低频励磁电流形成低速旋转磁场,该磁场的旋转速度n2与转子机械转速nr相叠加,等于定子的同步转速n0,即

nr±n2=n0 (3)

从而在DFIG定子绕组中感应出相应于同步转速n0的工频电压。当发电机转速nr随风速变化而变化时(一般的变化范围为n0的30%,可双向调节),调节转子励磁电流的频率即可调节n2,以补偿nr的变化,保持输出电能频率恒定。

图5所示变速恒频方案由于是在转子电路中实现的,而流过转子电路的功率是由DFIG转速运行范围所决定的转差功率,一般只为额定功率的1/4～1/3,故显著降低了变换器的容量、成本。此外,调节转子励磁电流的有功、无功分量,可独立调节发电机的有功、无功功率,以调节电网的功率因数、补偿电网的无功需求。事实上,由于DFIG转子采用了可调节频率、幅值、相位的交流励磁,发电机和电力系统构成了“柔性连接”[7]。徳国DeWind公司生产的D6型机组(其额定功率为1250kW,起动、额定、切出风速分别为2.5m/s,13m/s,28m/s)是采用这种变速恒频方案的典型产品[2]。

b) 基于低速同步发电机的直驱型风力发电系统

直驱型风力发电系统中,风轮与永磁式(或电励磁式)同步发电机直接连接,省去了常用的升速齿轮箱。图6为永磁直驱型变速恒频风力发电系统结构示意图,风能通过风机和永磁同步发电机(PMSG)转换为PMSG定子绕组中频率、幅值变化的交流电,输入到全功率变换器中(其通常采用可控PWM整流或不控整流后接DC/AC变换),先经整流为直流,然后经三相逆变器变换为三相工频交流电输出。该系统通过定子侧的全功率变换器对系统的有功、无功功率进行控制,并控制发电机的电磁转矩以调节风轮转速,实现最大功率跟踪。与基于DFIG的风力发电系统相比,该系统可在较宽的转速范围内并网,但其全功率变换器的容量较大。与带齿轮箱的风力发电系统相比,该系统提高了效率与可靠性、降低了运行噪声,但发电机转速低,为获得一定的功率,发电机应具备较大的电磁转矩,故其体积大、成本高。

3 风力发电技术的发展现状及发展趋势[1,2,5,6,7,9,10,11,12,13]

丹麦的Poul la Cour教授是风力发电研究的先驱者,1891年他在丹麦的Askov 成立了风力发电研究所并安装了试验用的4叶片风力发电机。到1910年,丹麦已建成100座5～25kW的风力发电站。但从19世纪末到20世纪初期实现的风力发电均为小容量直流发电。

1931年,在前苏联的Balaclave建成世界上第一座中型风力发电机,其容量为100kW。1957年,丹麦成功制造了风轮直径24m,额定功率200kW的Gedser(盖瑟)风力发电机组,其为三叶片、上风向、采用定桨距风轮失速调节限制机组的功率、带有电动机械偏航、采用异步发电机。1983年,美国波音公司研制的MOD-5b型风力发电机组(额定功率3.2MW、风轮直径98m)投入运行。到1990年末,世界上已有多个生产兆瓦级风力发电机组的制造商。

起源于丹麦的定桨距失速控制方式因结构简单、性能可靠,曾在相当长的时间内占据主导地位,但随着风力发电机组趋向大型化和兆瓦级机组的商业化,全桨叶变距控制成为发展趋势。

进入21世纪,陆地风力发电机组的主力机型单机容量为2MW,风轮直径为60～80m,近海风力发电机组的主力机型单机容量多为3MW以上;大型变速恒频风力发电技术已成为主要发展方向。其中,双馈型变速恒频风力机组是目前国际风力发电市场的主流机型,直驱型风力发电机组以其固有的优势正日益受到关注(ENERCON公司2006年生产的直驱型风力发电机组在德国市场销售量第一)。事实上,从定桨距恒速恒频机组发展到变桨距变速恒频机组,可谓基本实现了风力发电机组从能够向电网提供电力到理想地向电网提供电力的最终目标。

2001年以来,全球每年风电装机容量增长速度为20%～30%,风力发电已成为世界上增长速度最快的清洁能源。到2008年底,全球风电装机容量已达1.20亿kW,前3位的国家分别是美国、德国、西班牙。

我国的风电发展主要集中在2003年以后。近年来,显示出前所未有的发展势头。到2008年底,风电机组总装机容量达1215.3万kW,位列全球第4。随着我国风电装备制造业的快速发展,我国的华锐风电、金风科技两家企业进入2008年全球大型风电机组制造商前10名[11]。目前,国内风电制造技术发展呈现的主要特点为:兆瓦级风电机组已成为主流机型;变桨距、变速恒频技术得到广泛采用;双馈异步发电技术仍占主流;直驱型风电机组发展迅速。

综观世界风力发电近几年迅猛发展的轨迹,呈现出如下发展趋势及发展动态:

风力发电如何破茧而出 第9篇

必将是有人欢喜有人忧，但从长远来看，

所有人都会从可再生能源中受益，因为我们呼吸的是同样的空气。

??沿着京张高速向西北方向行驶20公里，进入北京延庆县，如果天气不错的话，你可以看见一片片白色的风车矩阵，这些雪白的风车犹如身披战衣的未来战士一般，驻守在狭长的官厅水库两岸，这就是北京的官厅风电场。峡谷内，风机转速很快，但风电发展之路却并不像转动的风机那样顺畅。

经历5年大跃进

官厅风电场项目是2006年8月得到的核准，由北京京能清洁能源电力股份有限公司投资建设，是落实《申奥项目》中的绿色能源类项目。土建工程开始于2007年年初，到2008年1月18日正式并网发电，整个建设工期仅用了一年的时间。

北京市发改委相关负责人曾向媒体表示，官厅风电场平均每天可向电网输送绿色电力30万度，满足10万户家庭生活用电需求。根据测算，官厅风电场启用后，北京市相当于全年减排二氧化碳10万吨、二氧化硫782吨、一氧化碳11吨、氮氧化物444吨，同时节约煤炭5万吨。

1973年世界石油危机后，风能作为新能源的一部分开始有了长足地发展。但在我国，直到2005年前后，由于相继有利好政策释出，中国的风电产业才迎来发展良机，其中最为重要的利好之一当属2006年国家颁布的《可再生能源法》。

该法要求，电网企业应当全额收购可再生能源，并且新能源发电的上网电价比传统电源要高。产多少就能卖多少，这无疑给了风电投资者们极强的信心。

??“当时的电价和造价等结合起来，是有盈利的，只要商业模式成熟，自然而然就发展起来了。” 北京京能新能源有限公司副总经理李明辉就亲历了这一场“大跃进”。

“从2005到2008年，四年不到，国内的风机制造厂就达到了100多家，许多人是从国外买回一张图纸，图纸还没看懂就投标去了。不管是谁只要有风机，只要你敢跟我签合同就可以建风机厂。”李明辉说。“五年前，内蒙的省际大道两旁还基本没什么风机，现在你一路开车过去，看到的全是风机。”

可以说我国风电用5年多时间走过了发达国家15年的发展历程，据中国电力企业联合会最新发布的统计，2012年底我国风电并网总装机6083万千瓦，跃居世界第一；风电发电量1004亿千瓦时，首超核电，成为继火电和水电后我国第三大主力电源。

尽管发展迅速，但风电的利用效率并不高。国家能源局数据显示，2012年，风电设备利用小时数全国平均为1890小时，较2011年下降30小时，个别省（区）甚至下降到1400小时左右，造成了极大的浪费，同时也加剧了环境矛盾。

尴尬的“弃风潮”

经历了5年时间的“大跃进”，风力发电发展遭遇瓶颈。“弃风在意料之中，但没想到来得这么迅猛。”李明辉说。

我国风力资源的地理分布与电力负载极不匹配，传统的“三北”地区（西北、东北、华北）有着丰富的风力资源，但电力负荷主要集中在沿海等经济区。近年来，高度集中在“三北”的风电开发开始面临越来越严重的就地消纳能力有限、电网送出能力与发电量无法平衡等问题，“弃风”现象开始凸显。

根据去年9月发布的《中国风电发展报告2012》显示，2011年全国弃风超过100亿千瓦时，弃风比例超过12%，相当于330万吨标准煤的损失。风电企业因为限电弃风损失达50亿以上，约占风电行业盈利水平的50%。

“电是无法储存的，用户用多少电就得发多少电，多余的电如果输送不出去就是浪费。”李明辉在一张内蒙电网图上给记者解释，“例如整个蒙西电网火电装机容量3300万千瓦，其中供热机组1780万千瓦，占火电装机的53%，风电装机987万千瓦，电源结构比较单一，加之地区负荷增长缓慢，供热期电网调峰能力严重不足。但如果要送到华北电网，目前就只有两个通道，而这两个通道的容量不到400万千瓦，所以说风电弃风较多。”

由于风机大规模的建立，但是电网设备没能及时跟上，因此部分风场会被强制限制发电量。李明辉告诉记者，从2009年开始限电，到去年可以说达到了近年来的一个高峰，实际的弃风比例可能比见诸报道的要高，仅京能这几年每年限电量损失就高达几个亿。

电网接入受限只是导致“弃风”现象的原因之一，还有一部分阻力来自于传统火电项目背后的利益链条。

风电如果上网多了，火电肯定就要受到挤压。作为一项基本国策，节能减排是坚决恪守的原则，《可再生能源法》中明确规定了鼓励并扶持的是可再生能源发电，而非化石能源发电。但实际情况是，风电不但没有享受到《可再生能源法》所赋予的全额保障性收购的权利，甚至还要为火电厂的计划电量“调峰”、“让路”。

中国可再生能源学会风能专业委员会施鹏飞建议，我国应将风电纳入电力系统统筹规划，对电源、电网、蓄能、负荷配置等综合规划，将火电、水电、风电打捆外送，利用抽水蓄能和天然气作为调峰电源，同时推出大功率输出的调度预测。

于是有专家建议，建立补偿调节机制，以保证整体收益水平。去年底，东北电监局和内蒙古经信委就联合下发《蒙东地区风火替代交易暂行办法》，就是让风电企业自掏腰包补偿为它让路的火电，以此终结风火“恩怨”。

但尚处成长过程中的风电，其运营模式、发展空间肯定不及火电成熟，让本来就效益不高的风电给有利可图的火电买单，完全忽略化石能源发电带来的污染成本，这对发展中的风电来说多少有些不公平。

风电发展只欠“东风”

国家能源局公布的中国可再生能源发展“十二五”规划目标，规定到2015年，全国累计并网运行的风电装机容量要达到1亿千瓦，年发电量达到1900亿千瓦时。年初，国家电网公司发布了《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》，承诺将包括风电在内的分布式电源并入国家电网。

这些无疑都将推动解决风电发展的瓶颈。然而，作为新兴产业，风电行业要保持一定的增速和市场规模，还有赖于更为细致完善的支持。

去年出台的《可再生能源电力配额管理办法（讨论稿）》就被看做是推动可再生能源发展的强心针。其基本思路是：国家对发电企业、电网企业、地方政府三大主体提出约束性的可再生能源电力配额要求。即强制要求发电企业承担可再生能源发电义务，强制要求电网公司承担购电义务，强制要求各省市使用可再生能源发电。

以北京市为例，草案中规定2015年北京实际消纳可再生能源电量需达113亿千瓦，北京本地可再生能源发电量只有29亿千瓦，也就意味着剩余84亿千瓦的可再生能源消纳量需跨省输入。

其实作为北京来说，本身并不具备大规模开发风能和太阳能的条件。

“一是没有特别适合的地块建风电厂和太阳能电站；二来，北京的光资源、风资源并不充足，如果建起来，发电量不高，效益也比较低，所以只能考虑向周边省市借调，这反过来也会加速周边电网基建的跟进。”李明辉解释说。

但目前，出台一年多的草案修改却始终难有进展，主要是围绕指标的分配，各省和发电企业存在争议。而且，对于办法的落实，特别是指标的考核，也成为修改的最大难点。但李明辉认为，草案的落实只是时间问题。

无论如何，短时间来看，这场利益与责任博弈的结果，必将是有人欢喜有人忧，但从长远来看，所有人都会从可再生能源中受益，因为我们呼吸的是同样的空气。

展望未来，李明辉坦言，风力发电在中国已经步入正轨，今后将会有更大发展前途。■

浅议风力发电 第10篇

由于风力发电是新能源中技术最成熟的、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式, 在世界范围内得到了迅速发展。在国家宏观政策引导和市场需求的拉动下, 近年来, 我国的风力发电得到了迅速发展, 已经成为全球发展速度最快的风力发电市场。

1 风力发电系统概述

1.1 离网型风力发电系统

离网型风力发电系统, 也称作离网型风电机组或小型风电机组, 是指在常规电网外, 推广独立供电的风力发电机组, 主要用于解决常规电网外无电地区农牧渔民的日常生活用电问题。通常离网型风电机组容量较小, 均属小型发电机组, 其发电容量从几百瓦至几十千瓦不等。离网型风电机组按照发电类型的不同, 可分为直流发电机型、交流发电机型两大类。直流发电机型在早期的离网型风力发电机组采用, 主要包括永磁及电励磁两种类型。随着离网型风力发电机组的发展, 发电机类型逐渐由直流发电机转变为交流发电机, 交流发电机型主要包括永磁、硅整流自励及电容自励三种类型, 由于永磁交流发电机在结构上转子无励磁绕组, 不存在励磁绕组损耗, 效率高于同容量的励磁式发电机, 由于发电机转子没有滑环, 运转时更安全可靠, 电机重量轻, 体积小, 工艺简便, 因此在离网型风电机组中被广泛应用。

离网型风电机组主要由桨叶、轮毂、发电机、桨叶同步电动变矩机构、转向偏航驱动机构、风向、风速传感器、塔架、电动保护机构、控制系统、蓄电池组、逆变电源等部分组成。机组工作范围较宽 (风速范围为3~25m/s) 、运行平稳、质量可靠, 使用寿命长 (在15年以上) 、成本较低, 价格便宜, 非常适合于中国的偏远农牧地区的消费水平。

我国的离网型风电机组产业总体上是在向好的方向发展, 离网型风电机组与太阳能的互补系统在解决边远地区无电问题上作出了不可磨灭的贡献。它的功率比同类太阳能系统来得大, 能为更多的负载甚至小型生产性负载提供电力, 其价位更易为广大农牧民所接受, 如果政府采用小风电或风光互补系统来解决农牧地区无电问题, 则政府的投入将比相同功率的太阳能系统少得多。

1.2 并网型风力发电系统

并网型风力发电系统, 也称作并网型风电机组, 一般指能够与公共电网并联运行的大型风力发电系统。并网型风电机组一般由桨叶、轮毂、增速传动机构、偏航机构、风力发电机、塔架和控制系统等部分组成。在风力发电中, 当风力发电机与电网并联运行时, 要求风电频率和电网频率保持一致, 即风电频率保持恒定。并网型风力发电系统分为恒速恒频发电系统 (CSCF系统) 和变速恒频发电系统 (VSCF系统) 。其中, 单机容量为750kW以下的风电机组多采用恒速恒频运行方式;容量范围1MW以上的风电机组一般采用变速恒频运行方式。

1.2.1 恒速恒频发电系统

恒速恒频发电系统是指在风力发电过程中, 通过定桨距失速控制风轮机, 使风力发电机的转速保持恒定, 从而保证风力发电机的端输出电压的频率和幅值恒定的风力发电技术。采用恒速恒频发电技术的风电机组, 其配套的风力发电机一般是同步发电机或鼠笼式异步发电机, 机组控制简单, 制造方便、可靠性高、并网容易, 但运行范围相对较窄。恒速恒频发电系统虽不是目前市场的主流技术, 但技术成熟, 运行维护经验相对丰富, 设备性能和产能比较稳定。

功率调节是风电机组的关键技术之一, 按功率调节的方式不同, 恒速恒频风电机组主要分为定桨距失速调节、变桨距调节和主动失速调节三种调节控制方式。

(1) 定桨距失速调节方式。

采用定桨距失速调节的风电机组的主要特点是, 桨叶与轮毂固定连接, 桨叶的迎风角度固定不变, 机组的风力机功率调节完全依靠桨叶的气动特性。当风速低于额定值时, 风力机的输出功率随风速的变化而变化;当风速高于额定值时, 通过桨叶翼型本身的失速特性或偏航控制, 降低风能效率, 达到限制功率的目的。采用该调节方式的风电机组, 控制调节简单可靠, 但桨叶、轮毂、塔架等主要受力部件的受力增大。

(2) 变桨距调节方式。

采用变桨距失速调节的风电机组的主要特点是, 沿桨叶的纵轴旋转叶片, 控制风轮能量吸收, 以保持一定的输出功率。当风速低于额定值时, 桨叶的叶片攻角处于0°位置不变, 不作任何调节, 此时的运行状态可等同于定桨距风电机组;当风速高于额定值时, 通过风电机组的变桨控制机构, 调整叶片桨距, 改变叶片攻角, 屏蔽部分风能, 使风力发电机的输出功率保持在额定功率。采用该调节方式的风电机组, 起动性能好, 输出功率稳定, 机组结构受力小, 停机方便安全, 但由于机组增加了变桨距装置, 增加了故障几率, 控制程序比较复杂。

(3) 主动失速调节方式。

采用主动失速调节方式的风电机组的主要特点是, 机组的桨叶设计采用失速特性, 系统调节采用变桨距调节。该调节方式是前两种功率调节方式的组合, 吸取了定桨距失速调节和变桨距调节的优点, 从而优化了机组功率的输出。当风速低于额定值时, 将桨叶节距调节到可获取最大风能的位置, 调整叶片攻角, 优化机组功率输出;当风速高于额定值时, 桨叶节距主动向失速方向调节, 限制风力机获取能量, 将功率调整在额定值以下, 限制机组最大功率输出。采用该调节方式的机组, 既有失速特性, 又可变桨距调节, 不但提高了机组的运行效率, 并且控制容易, 输出平稳。

1.2.2 变速恒频发电系统

变速恒频发电机系统是指在风力发电过程中, 发电机的转速可以随风速变化而变化, 并通过其他的控制方式来得到和电网频率一致的恒频电能的风力发电技术。采用变速恒频发电技术的风电机组, 风力机根据风速不同而变速运行, 使风力机的风能利用系数在额定风速以下的整个运行范围内都处于最大值, 从而获得更多的能量。与恒速恒频发电系统相比, 变速恒频发电系统通过变桨距控制风力机, 不但可以最大限度地捕捉风能, 减小风力机的机械应力, 使风力机在很大的速度范围内按最佳效率运行, 而且还可以减少风电机组向电网输送功率的波动。变速恒频风力发电系统通过变桨距控制风轮使整个系统在很大的速度范围内按照最佳的效率运行, 这是当前风力发电发展的一个趋势。

变速恒频发电系统主要分为双馈式变速恒频风力发电系统、直驱式变速恒频风力发电系统和混合式变速恒频风力发电系统三大类。

(1) 双馈式变速恒频风力发电系统。

双馈式变速恒频风力发电系统, 即双馈式风电机组。该类机组采用风力机通过增速齿轮箱驱动风力发电机的驱动形式。发电机采用交流励磁双馈异步风力发电机, 发电机定子绕组直接接到工频电网上, 转子绕组与频率、相位、幅值和相序均可调节的双向变频器相连接。由于这种变速恒频控制方案是在转子电路实现的, 通过变频器的功率仅仅是转差功率, 该转差功率仅为定子额定功率的一小部分, 所以, 变频器的容量仅与调速范围有关, 仅为发电机容量的1/3, 并且能量可以双向流动, 其变频器的成本以及控制难度较低。采用交流励磁双馈异步发电机的控制方案不但可以实现变速恒频控制, 减少变频器的容量外, 还可以实现对有功、无功功率的灵活控制, 对电网而言可起到无功补偿的作用。但由于交流励磁双馈异步风力发电机的转子采用绕线式结构, 发电机带有电刷和滑环, 这种摩擦接触式结构在风力发电恶劣的运行环境中较易出现故障, 需要经常维护, 在一定程度上降低了系统的可靠性。鉴于此, 采用笼型结构的无刷双馈异步风力发电机, 由于其没有电刷和滑环, 可靠性更高, 促使其成为当前研究的热点, 但在目前, 这种电机在设计和制造上仍然存在着一些难题。

双馈式风电机组是目前国内外风电机组的主流机型, 由于其发电设备发电机采用异步发电机, 当出现电网故障时, 现有的保护原则是将交流励磁双馈异步风力发电机立即从电网中脱网以确保机组的安全。随着风电机组单机容量的不断增大和风电场规模的不断扩大, 风电机组与电网间的相互影响已日趋严重。人们越来越担心, 一旦电网发生故障迫使大面积风电机组因自身保护而脱网的话, 将严重影响电力系统的运行稳定性。因此, 随着接入电网的交流励磁双馈异步风力发电机容量的不断增加, 电网对其要求越来越高, 通常情况下要求发电机组在电网故障出现电压跌落的情况下不脱网运行, 并在故障切除后能尽快帮助电力系统恢复稳定运行, 也就是说, 要求风电机组具有一定低电压穿越能力。

(2) 直驱式变速恒频风力发电系统。

直驱式变速恒频风力发电系统, 即直驱式风电机组。该类机组采用风力机直接驱动风力发电机的驱动形式。发电机采用永磁同步发电机, 其转子为永磁式结构, 无须外部提供励磁电源, 提高了效率, 变速恒频控制也是在定子电路实现的, 把永磁发电机发出变频的交流电通过变频器转变为与电网同频的交流电, 因此变频器的容量与系统的额定容量相同。由于直接耦合, 永磁发电机的转速很低, 使发电机体积很大, 成本较高, 但由于省去了价格更高的齿轮箱, 所以, 整个系统的成本还是降低了。另外直驱式变速恒频风电机组所采用的变频器必须是全功率变频器, 变频器的成本以及控制难度相对于双馈式变速恒频风力发电系统而言要大了许多。采用直接耦合永磁发电机控制方案, 因风力机直接驱动永磁同步发电机, 省去了齿轮箱, 转速低、机械损耗小, 功率因数比较高, 便于维护, 在低风速下可以高效率发电。不但大大减少系统运行噪声, 并且提高了系统的运行效率和可靠性。

直驱式风电机组主要难题是大容量永磁同步发电机的生产制造。直驱式变速恒频风力发电系统由于其具有很多技术方面的优点, 特别是采用永磁发电机技术, 其可靠性和效率更高, 是近几年发展起来的先进技术, 且业已成熟, 是未来风电技术的发展方向。

(3) 混合式变速恒频风力发电系统。

混合式变速恒频风力发电系统是双馈式和直驱式两种控制技术的折中方案, 由于直驱式风力发电系统不仅需要低速、大转矩电机而且需要全功率变流器, 为了降低系统设计难度, 带有低变速比齿轮箱的混合型变速恒频风力发电系统得到实际应用。这种系统可以看成是全直驱传动系统和传统解决方案的一个折中。发电机是多极的, 和直驱设计本质上一样, 但它更紧凑, 相对来说具有更高的速度和更小的转矩。

据相关文献报道, 目前一种新型的混合式风电机组技术方案已经成熟, 该类机组采用变桨+齿轮箱+液力耦合调速器+同步恒速中压发电机直接上网发电方案, 不需要变频器。该类机组保持了目前常规风电机组的优点, 由于机组所采用了低变速比齿轮箱, 又省去了变频器和发电机的滑环装置, 不仅可以直接上网发电, 而且机组的可靠性以及电能质量也得到很大的提高。

2 世界风电发电发展趋势

随着各国政策的倾斜和科技的不断进步, 世界风力发电发展迅速, 展现出了广阔的前景。

2.1 风力发电从陆地向海面拓展

陆地上的风电场设备和建设技术基本成熟, 由于海面的广阔空间和巨大的风能潜力使得风机从陆地移向海面成为一种趋势, 今后风能技术更新发展的主要驱动力是来自蓬勃崛起的海上风电场建设。

2.2 单机容量进一步增大

自兆瓦级风力机出现后, 风力机的尺寸和发电机组的单机容量增长速度加快。单机容量为5MW的风机已经进入商业化运行阶段。随着各项技术的成熟, 更大容量的风电机组将从实验室走向工业应用。

2.3 新方案和新技术不断被采用

在技术上, 经过不断发展, 世界风电机组逐渐形成了水平轴、三叶片、上风向、管式塔的统一形式。在功率调节方式上, 变速恒频技术和变桨距调节技术将得到更多的应用;在发电机类型上, 控制灵活的无刷双馈型感应发电机和设计简单的永磁发电机将成为风力发电的新宠;在励磁电源上, 随着电力电子技术的发展, 新型变换器不断出现, 变换器性能得到不断的改善;在控制技术上, 计算机分布式控制技术和新的控制理论将进一步得到应用;在驱动方式上, 免齿轮箱的直接驱动技术将更加吸引人们的注意。在结构型式上, 采用“变桨+齿轮箱+液力耦合调速器+无刷同步发电机”结构的风电机组, 工程样机已经在欧洲和美州地区进行试验运行, 该类机组保持了目前常规风电机组的优点, 由于机组所采用了低变速比齿轮箱, 又省去了变频器和发电机的滑环装置, 不仅可以直接上网发电, 而且机组的可靠性以及电能质量也得到很大的提高。

2.4 大型风电机组部件的性能得到提高

随着风电机组的单机容量不断增大, 各部件的性能指标都有了提高, 国外己研发出3~12kV的风力发电专用高压发电机, 使发电机效率进一步得到提高。高压三电平变流器的应用大大减少了功率器件的损耗, 使逆变效率达到98%以上。某些公司还对桨叶及变桨矩系统进行了优化, 如德国在改进桨叶后使风机的功率系数达到了0.5以上。

3 我国大规模发展风电面临的问题与挑战

长期以来, 我国电力供应主要依赖火电。2002年, 我国提出了调整能源结构战略, 积极推进核电、风电等清洁能源供应, 改变过渡依赖煤炭能源的局面。之后几年我国风力发电、风电设备制造市场发展速度加快, 特别是进入“十一五”期间, 我国风电发电行业保持了高速发展。但是必须看到我国风电行业与国外风电发达国家相比还存在差距, 目前在欧洲国家, 风电装机容量的比例能达到10%~20%, 甚至可以达到30%, 我国要想达到这个标准, 还有很长的路要走。为使我国风力发电能够长期健康发展, 今后我国急需解决两大难题:一是核心技术和设备, 一是电网建设。

3.1 核心技术和设备

近年来, 我国风电装备的技术能力有了较大提高, 风机零部件方面, 相比十年前我们什么都依赖进口, 现在基本上什么都有能力国产了, 一些主要零部件, 由于性价比高, 接到国外的订单也不少。然而, 大部分零部件实现了国产化并不等于风机就能实现国产化, 在风机整机的研发和设计上, 我们依然没有掌握核心技术。我国规定风电场使用设备的国产化率要达到70%, 但形势并不乐观, 因为在这70%的设备中, 绝大部分的技术引进于国外。

作为一个风能大国, 要把风能产业做大做强, 一定要建立一个以企业为主体, 产、学、研相结合的技术创新体系, 并在国家政府部门引导下组建风能产业技术联盟。只有掌握引进技术、拥有自己的新技术才能避免受制于人, 实现可持续发展。另外, 技术相对落后也导致了新能源不具备价格优势, 成为新能源无法市场化、产业化的瓶颈。

欧洲市场正在进行新一轮对风机技术的革新, 对调压、调频、无功输出都有具体的要求, 最终要求风电设备达到和其他火电一样的调节能力, 这是最终的目标。

3.2 电网建设

电网瓶颈是风电发展的最大挑战。截至2008年底我国有超过1200万kW的风电机组完成吊装, 其中1000万kW风电机组已通过调试可以发电, 但由于电网建设滞后以及风电并网中的一些技术、经济和管理障碍, 2008年底实际并入电网的风电装机容量仅为800万kW, 由电网因素导致的装机容量浪费约200万kW。

国家对电网企业进行风电场配套电网建设的政策支持力度不够, 导致我国风电电网建设相对滞后。从技术层面上讲, 风力资源时强时弱, 风力发电具有不稳定性, 小规模的风电电源会引起电能质量、电压的问题, 大规模的风电电源会引起电网稳定性等问题。因此, 如果不加大对电网的投入, 区域性电网就会受到严重威胁;而一旦出现问题, 就会造成大面积停电, 后果不堪设想。其他的电源比如说火电、水电, 都是可以调度的, 这就大大减少了电网运行和调度的风险。除了技术层面的因素以外, 经济效益差、运行管理复杂也是影响风电上网的重要原因。

按照国家鼓励可再生能源发展的相关政策, 电网企业必须接纳并全额收购可再生能源电量。然而, 西北、东北和华北是我国风电资源相对丰富的地区, 但这些地区大部分处于电网末梢, 是电网建设较为薄弱的地带。风电上网难的问题不仅中国有, 世界上几乎所有风电发达的国家都有类似问题, 短期内很难解决。

4 结语

作为我国重点发展的清洁能源, 风力发电行业的崛起势在必行, 在这个过程中, 风力发电设备研制和电网建设将制约行业的发展, 要想使风电发电行业保持高速、稳定、长期的发展, 必须解决这两个方面的问题。因此, 面对我国高速增长的风电市场, 大型风电机组的国产化、风电场和公共电网的协调建设是推动我国风电持续发展的根本途径。

参考文献

[1]田德.国内外风力发电技术的现状与发展趋势[J].新能源产业, 2007 (9) .

[2]郭象荣.关于电网接纳大规模风电的能力问题[J].风能, 2008 (6) .