淺談我國風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀及其技術(shù)發(fā)展

1、百度文庫-讓每個人平等地提升自我淺談我國風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀及其技術(shù)發(fā)展一、我國風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀2005年2月，我國國家立法機關(guān)通過了 可再生能源法， 明確指由風(fēng)能、太陽能、水能、生物質(zhì)能及海洋能等為可再 生能源，確立了可再生能源開發(fā)利用在能源發(fā)展中的優(yōu)先地 位。2009年12月，我國政府向世界承諾到 2020年單位國內(nèi) 生產(chǎn)總值二氧化碳排放比 2005年下降40%45% ,把應(yīng)對氣 和變化納入經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展規(guī)劃，大力發(fā)展包括風(fēng)電在內(nèi)的可 再生能源與核能，爭取到 2020年非化石能源占一次能源消 費比重達(dá)到15%左右。隨著新能源產(chǎn)業(yè)成為國家戰(zhàn)略新興產(chǎn) 業(yè)規(guī)劃的由臺，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，有望成為我國國民經(jīng)濟(jì)

2、增長的一個新亮點。我國自上世紀(jì)80年代中期引進(jìn)55kW容量等級的風(fēng)電機 投入商業(yè)化運行開始，經(jīng)過二十幾年的發(fā)展，我國的風(fēng)電市 場已經(jīng)獲得了長足的發(fā)展。到2009年底，我國風(fēng)電總裝機容量達(dá)到2601萬kW,位居世界第二，2009年新增裝機容量 1300萬kW,占世界新增裝機容量的 36%,居世界首位1, 2。可以看由，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)正步入一個跨越式發(fā)展的階段， 預(yù)計2010年我國累計裝機容量有望突破 4000萬kW o從技術(shù)發(fā)展上來說，我國風(fēng)電企業(yè)經(jīng)過“引進(jìn)技術(shù)一消化吸收一自主創(chuàng)新”的三步策略也日益發(fā)展壯大。隨著國內(nèi) 5WM容量等級風(fēng)電產(chǎn)品的相繼下線，以及國內(nèi)兆瓦級機組 在風(fēng)電市場的普及，標(biāo)志我國

3、已具備兆瓦級風(fēng)機的自主研發(fā) 能力。同時，我國風(fēng)電裝備制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)集中度進(jìn)一步提高， 國產(chǎn)機組的國內(nèi)市場份額逐年提高。目前我國風(fēng)電機組整機 制造業(yè)和關(guān)鍵零部件配套企業(yè)已能基本滿足國內(nèi)風(fēng)電發(fā)展 需求，但是像變流器、主軸軸承等一些技術(shù)要求較高的部件 仍需大量進(jìn)口。因此，我國風(fēng)電裝備制造業(yè)必須增強技術(shù)上 的自主創(chuàng)新，加強風(fēng)電核心技術(shù)攻關(guān)，尤其是加強風(fēng)電關(guān)鍵 設(shè)備和技術(shù)的攻關(guān)。二、風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)發(fā)展（一）風(fēng)力發(fā)電機組機型及容量的發(fā)展現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展趨勢主要在于如 何進(jìn)一步提高效率、提高可靠性和降低成本。作為提高風(fēng)能 利用率和發(fā)電效率的有效途徑，風(fēng)力發(fā)電機單機容量不斷向 大型化發(fā)展。從20

4、世紀(jì)80年代中期的55kW容量等級的風(fēng) 電機組投入商業(yè)化運行開始，至 1990年達(dá)到250kW, 1997 年突破1MW1999年即達(dá)到2MW。進(jìn)入21世紀(jì)，兆瓦級 風(fēng)力機逐漸成為國際風(fēng)電市場上的主流產(chǎn)品。 /2004年德國 Repower即研制由第一臺 5MW 風(fēng)電機，Enercon開發(fā)由第二 代直驅(qū)式6WM風(fēng)電機，預(yù)計2013年單機容量將突破 15MW1 , 3o從世界范圍來看，的機型占世界機組容量的比例，已從2007年的飛速上升到;而在我國，2005年風(fēng) 電場新安裝的兆瓦級風(fēng)電機組占當(dāng)年新裝機容量的，而2009年比例已經(jīng)上升到/%。這表明容量風(fēng)電機組已經(jīng)成為我 國風(fēng)電市場上的主流產(chǎn)品。（

5、二）風(fēng)力發(fā)電機組控制技術(shù)的發(fā)展1 .自然風(fēng)速的大小和方向隨著大氣的氣壓、氣溫和濕度 等的活動和風(fēng)電場地形地貌等因素的隨機性和不可控性，、這 樣風(fēng)力機所獲得的風(fēng)能也是隨機和不可控的。2 .為使風(fēng)能利用率更高，大型風(fēng)力發(fā)電機組的葉片直徑 大約在60m100m之間，因此風(fēng)輪具有較大的轉(zhuǎn)動慣量。3 .自動控制在風(fēng)力發(fā)電機組的并網(wǎng)和脫網(wǎng)、輸入功率的 優(yōu)化和限制、風(fēng)輪的主動對風(fēng)以及運行過程中故障的檢測和 保護(hù)中都應(yīng)得到很好的利用。、 4.風(fēng)力資源豐富的地區(qū)通常環(huán)境較為惡劣，在海島和邊 遠(yuǎn)的地區(qū)甚至海上，人們希望分散不均的風(fēng)力發(fā)電機組能夠 無人值班運行和遠(yuǎn)程監(jiān)控。這就對風(fēng)力發(fā)電機組的控制系統(tǒng) 可靠性提生了很

6、高的要求。因此，眾多學(xué)者都致力于深入研究風(fēng)力發(fā)電的控制技術(shù) 和控制系統(tǒng)，這些研究工作對于風(fēng)力發(fā)電機組優(yōu)化運行有極 其重要的意義。計算機技術(shù)與先進(jìn)的控制技術(shù)應(yīng)用到風(fēng)電領(lǐng) 域，并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)得到了較快發(fā)展，控制方 式從基本單一的定槳距失速控制向變槳距和變速恒頻控制 方向發(fā)展，甚至向智能型控制發(fā)展。定槳距型風(fēng)力機指槳葉與輪轂的連接是固定的，即槳距 角固定不變，當(dāng)風(fēng)速變化時，槳葉的迎風(fēng)角度固定不變。失 速型是當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速，利用槳葉翼型本身所具有的失 速特性，即氣流的攻角增大到失速條件，使槳葉的表面產(chǎn)生 渦流，將發(fā)電機的功率輸由限制在一定范圍內(nèi)。失速調(diào)節(jié)型 的優(yōu)點是簡單可靠，當(dāng)風(fēng)速變化

7、引起輸生功率變化時，只通 過槳葉的被動失速調(diào)節(jié)而控制系統(tǒng)不做任何控制，使控制系 統(tǒng)大為簡化。具缺點是葉片重量大，槳葉、輪轂、塔架等部 件受力較大，機組的整體效率較低，也使得這些關(guān)鍵部件更 容易疲勞磨損。（三）風(fēng)力發(fā)電機組控制策略的發(fā)展風(fēng)能是一種能量密度低、 穩(wěn)定性較差的能源，由于風(fēng)速、 風(fēng)向的隨機性變化，導(dǎo)致風(fēng)力機葉片攻角不斷變化，使葉尖 速比偏離最佳值，風(fēng)力機的空氣動力效率及輸入到傳動鏈的 功率發(fā)生變化，影響了風(fēng)電系統(tǒng)的發(fā)電效率并引起轉(zhuǎn)矩傳動 鏈的振蕩，會對電能質(zhì)量及接入的電網(wǎng)產(chǎn)生影響，對于小電 網(wǎng)甚至?xí)绊懫浞€(wěn)定性。風(fēng)力發(fā)電機組通常采用柔性部件， 這有助于減小內(nèi)部的機械應(yīng)力，但同時也會使風(fēng)

8、電系統(tǒng)的動 態(tài)特性復(fù)雜化，且轉(zhuǎn)矩傳動模塊會有很大振蕩。目前，對風(fēng) 力發(fā)電機的控制策略研究根據(jù)控制器類型可分為兩大類：基 于數(shù)學(xué)模型的傳統(tǒng)控制方法和現(xiàn)代控制方法。傳統(tǒng)控制采用線性控制方法，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩或槳葉節(jié)距角，使 葉尖速比保持最優(yōu)值，從而實現(xiàn)風(fēng)能的最大捕獲。對于快速 變化的風(fēng)速，具調(diào)節(jié)相對滯后。同時基于某工作點的線性化 模型的方法，？p詮?fù)挑鄱蝏l峽志姨？擾動大、不確定因素 多、非線性嚴(yán)重的風(fēng)電系統(tǒng)并不適用。三、存在的問題及展望/ 盡管近年來我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，但同時也 暴露由眾多的問題。首先，我國尚未完全掌握風(fēng)電機組的核心設(shè)計及制造技 術(shù)。在設(shè)計技術(shù)方面，我國不僅每年需支付大量的專利、生 產(chǎn)許可及技術(shù)咨詢費用，在一些具有自主研發(fā)能力的風(fēng)電企 業(yè)中，其設(shè)計所需的應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)庫和源代碼都需要從國 外購買。在風(fēng)機制造方面，風(fēng)機控制系統(tǒng)、逆變系統(tǒng)需要大 量進(jìn)口，同時，一些核心零部件如軸承、葉片和齒輪箱等與 國外同類產(chǎn)品相比其質(zhì)量、壽命及可靠性尚有很大差距。其 次，我國風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃與電網(wǎng)規(guī)劃不相協(xié)調(diào)，上網(wǎng)容量遠(yuǎn)小 于裝機容量。風(fēng)電發(fā)展側(cè)重于資源規(guī)劃，風(fēng)電場的建設(shè)往往 沒有考慮當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的消納能力，從而造成裝機容量大，并網(wǎng) 發(fā)電少的現(xiàn)狀。2009年新增裝機容量中1/3未能上網(wǎng)，送電 難已經(jīng)成為制約風(fēng)電發(fā)展的瓶頸。最后，我