風(fēng)電技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1、風(fēng)電技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) Current Situation and Developing Trend of Wind Power TechniqueThe paper mainly discusses the current situation and developing trend of wind power technique.Abstract: Key wwordds: aneemo-eleectrric genneraatorr ； currrennt ssituuatiion ； ddeveeloppingg trrendd 0 引言風(fēng)電古老而而現(xiàn)代，但但之所以以到近代代才得以以發(fā)

2、展，是是因?yàn)樵谠谶@方面面存在許許多實(shí)際際困難。主主要表現(xiàn)現(xiàn)在：（11）風(fēng)本本身隨機(jī)機(jī)性大且且不穩(wěn)定定，對(duì)其其資源的的準(zhǔn)確測(cè)測(cè)量與評(píng)評(píng) 估存存在誤差差；（22）風(fēng)速速大小、風(fēng)風(fēng)力強(qiáng)弱弱、風(fēng)的的方向都都隨時(shí)間間在變化化，設(shè)計(jì)計(jì)制造在在不同風(fēng)風(fēng)況下都都能保持持穩(wěn)定運(yùn)運(yùn)行的風(fēng)風(fēng)電系統(tǒng)統(tǒng)，并使使其風(fēng)電電輸出功功率效率率高且理理想平滑滑 十分分困難；（3）風(fēng)風(fēng)為間歇歇式能源源，有功功功率與與無(wú)功功功率都將將隨風(fēng)速速的變化化而變化化，在與與電網(wǎng)連連接時(shí)，需需要考慮慮輸出功功率的波波動(dòng)對(duì)地地區(qū)電網(wǎng)網(wǎng)的影響響。此外外，在降降低制 造成本本和運(yùn)行行維護(hù)費(fèi)費(fèi)用的前前提下如如何提高高系統(tǒng)運(yùn)運(yùn)行的安安全性與與可靠性性、

3、如何何延長(zhǎng) HYPERLINK /fan 風(fēng)風(fēng)力發(fā)電電機(jī)的壽壽命以及及改善系系統(tǒng)儲(chǔ)能能措施使使其容量量更大、體體積更小小、效率率更高且且壽命更更長(zhǎng)等問(wèn)問(wèn)題上尚尚有待于于得到更更完善的的解決。 1 風(fēng)力力發(fā)電技技術(shù)發(fā)展展現(xiàn)狀現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)發(fā)電系統(tǒng)統(tǒng)由風(fēng)能能資源、 HYPERLINK /fan 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、控制裝置及檢測(cè)顯示裝置等組成。 HYPERLINK /fan 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是風(fēng)電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，通常包括風(fēng)輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、變速器及相應(yīng)控制裝置，用來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。完整的并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。 率曲線比較較 長(zhǎng)期以來(lái)風(fēng)風(fēng)力發(fā)電電系統(tǒng)主主要采用用恒速恒恒頻發(fā)電電方式（ Connstaant

4、 Speeed Connstaant Freequeencyy 簡(jiǎn)稱(chēng)稱(chēng)CSCCF）和和變速恒恒頻發(fā)電電方式（VVariiablle SSpeeed CConsstannt FFreqquenncy 簡(jiǎn)稱(chēng)VVSCFF）兩種種。恒速恒頻發(fā)發(fā)電方式式，概念念模型通通常為“恒恒速風(fēng)力力機(jī) +感應(yīng)發(fā)發(fā)電機(jī)”，常常采用定定槳距失失速或主主動(dòng)失速速調(diào)節(jié)實(shí)實(shí)現(xiàn)功率率控制。在在正常運(yùn)運(yùn)行時(shí)，風(fēng)風(fēng)力機(jī)保保持恒速速運(yùn)行，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速由發(fā)發(fā)電機(jī)的的極數(shù)和和齒輪箱箱決定。由由于風(fēng)速速經(jīng)常變變化，功功率系數(shù)數(shù)Cp不可能能保持在在最佳值值，不能能最大限限度地捕捕獲風(fēng)能能，效率率低。變速恒頻發(fā)發(fā)電方式式, 概概念模型型通常為為“變

5、速速風(fēng)力機(jī)機(jī)+變速速發(fā)電機(jī)機(jī)（雙饋饋異步發(fā)發(fā)電機(jī)或或低速永永磁同步步發(fā)電機(jī)機(jī)）”，采采用變槳槳距結(jié)構(gòu)構(gòu)，啟動(dòng)動(dòng)時(shí)通過(guò)過(guò)調(diào)節(jié)槳槳距控制制發(fā)電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)速；并網(wǎng)后后，在額額定 風(fēng)風(fēng)速以下下，調(diào)節(jié)節(jié)發(fā)電機(jī)機(jī)反轉(zhuǎn)矩矩使轉(zhuǎn)速速跟隨風(fēng)風(fēng)速變化化以保持持最佳葉葉尖速比比從而獲獲得最大大風(fēng)能；在額定定轉(zhuǎn)速以以上，采采用變速速與槳葉葉節(jié)距的的雙重調(diào)調(diào)節(jié)限制制風(fēng)力機(jī)機(jī)獲取的的能量 以保證證發(fā)電機(jī)機(jī)功率輸輸出的穩(wěn)穩(wěn)定性。前者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單、運(yùn)運(yùn)行可靠靠，但其其發(fā)電效效率較低低，而且且由于機(jī)機(jī)械承受受應(yīng)力較較大，相相應(yīng)的裝裝置成本本較高。后后者可以以實(shí)現(xiàn)不不同風(fēng)速速下高效效發(fā)電從從而使得得系統(tǒng)的的機(jī)械應(yīng)應(yīng) 力和和裝置成成本都

6、大大大降低低。兩者者運(yùn)行功功率曲線線比較如如圖 33所示。可可以看出出，采用用變速恒恒頻發(fā)電電方式, 能在在風(fēng)速變變化的情情況下實(shí)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)節(jié)風(fēng)力機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)速，使使之始終終在最佳佳轉(zhuǎn)速上上運(yùn)行，捕捕獲最大大風(fēng)能 2 。 2 風(fēng)力力發(fā)電技技術(shù)發(fā)展展趨勢(shì) 新型材料的的運(yùn)用， 設(shè)計(jì)水水平的提提高以及及控制技技術(shù)的改改進(jìn)都將將使得風(fēng)風(fēng)電機(jī)組組功率曲曲線不斷斷改善，運(yùn)運(yùn)行可靠靠性不斷斷提高，自自動(dòng)化程程度不斷斷加深。結(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單、容量量大、穩(wěn)穩(wěn)定性和和適應(yīng)性性好、發(fā)發(fā)電效率率高、壽壽命長(zhǎng)、智智能化程程度高及及發(fā)電成成本低皆皆是未來(lái)來(lái)的風(fēng)電電機(jī)組不不斷的追追求。德國(guó)、丹麥麥、西班班牙、英英國(guó)、荷荷蘭、瑞瑞典、印

7、印度、加加拿大等等國(guó)進(jìn)行行了大量量的投資資，對(duì)風(fēng)風(fēng)電系統(tǒng)統(tǒng)中各項(xiàng)項(xiàng)技術(shù)展展開(kāi)研究究?？偟牡膩?lái)說(shuō)發(fā)發(fā)展趨勢(shì)勢(shì)具體呈呈現(xiàn)如下下幾個(gè)方方面。 2.1 風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)的選址址風(fēng)力大小與與地形、地地理位置置及風(fēng)輪輪機(jī)安裝裝的高度度等因素素有關(guān)。所所以，風(fēng)風(fēng)電場(chǎng)的的選址將將直接影影響對(duì)風(fēng)風(fēng)能資源源的評(píng)估估利用。由由于風(fēng)電電技術(shù)日日趨成熟熟，現(xiàn)今今的風(fēng)電電場(chǎng)選址址也將逐逐步呈現(xiàn)現(xiàn)如下的的幾個(gè)趨趨勢(shì)。 （）由強(qiáng)強(qiáng)風(fēng)帶向向弱風(fēng)帶帶過(guò)渡啟動(dòng)風(fēng)速低低，輕風(fēng)風(fēng)啟動(dòng)、微微風(fēng)發(fā)電電，能夠夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)對(duì)廣大的的低風(fēng)速速資源的的開(kāi)發(fā)，增增加 HYPERLINK /fan 風(fēng)機(jī)機(jī)的年發(fā)發(fā)電時(shí)間間，從而而最大限限度地捕捕獲風(fēng)能能，最大大限

8、度地地挖掘風(fēng)風(fēng)能資源源。 （） 由由平坦地地形向復(fù)復(fù)雜地形形擴(kuò)展不同的地形形、地貌貌會(huì)影響響風(fēng)的正正常流動(dòng)動(dòng)，有的的使風(fēng)加加速、有有的則使使風(fēng)減速速，有利利地勢(shì)與與地形的的選擇將將會(huì)增加加風(fēng)電的的產(chǎn)出。 （）由陸陸地向海海上遷移移與陸地上風(fēng)風(fēng)電場(chǎng)相相比，海海平面十十分光滑滑，因此此，風(fēng)速速較大，且且具有穩(wěn)穩(wěn)定的主主導(dǎo)風(fēng)向向，允許許安裝單單機(jī)容量量更大的的 HYPERLINK /fan 風(fēng)機(jī)，可可實(shí)現(xiàn)高高產(chǎn)出 3-4 。 2.2 風(fēng)電機(jī)機(jī)組技術(shù)術(shù)當(dāng)前風(fēng)電機(jī)機(jī)組的主主要發(fā)展展方向是是質(zhì)量更更輕，結(jié)結(jié)構(gòu)更具具有柔性性，直接接驅(qū)動(dòng)和和變速恒恒頻等。從從目前的的發(fā)展趨趨勢(shì)來(lái)看看，以水水平軸、上上風(fēng)向、三

9、三葉片的的升力型型機(jī)組為為主流的的風(fēng)電機(jī)機(jī)組中，具具有如下下特點(diǎn)。 （1）變槳槳距調(diào)節(jié)節(jié)方式將將會(huì)逐步步取代定定槳距失失速調(diào)節(jié)節(jié)方式變槳距調(diào)節(jié)節(jié)能夠按按最佳參參數(shù)運(yùn)行行，額定定風(fēng)速以以下具有有較高的的風(fēng)能利利用系數(shù)數(shù)，功率率曲線飽飽滿；額額定風(fēng)速速以上功功率輸出出穩(wěn)定，不不會(huì)造成成發(fā)電機(jī)機(jī)超負(fù)荷荷；較定定距失速速式整機(jī)機(jī)受力狀狀況得到到改善，而而且年發(fā)發(fā)電量大大。（2）變速速運(yùn)行方方式將會(huì)會(huì)取代恒恒速運(yùn)行行方式變速運(yùn)行，在在低風(fēng)速速時(shí)能夠夠調(diào)節(jié)發(fā)發(fā)電機(jī)反反轉(zhuǎn)矩以以使轉(zhuǎn)速速跟隨風(fēng)風(fēng)速變化化，從而而保持最最佳葉尖尖速比以以獲得最最大風(fēng)能能；高風(fēng)風(fēng)速時(shí)能能夠利用用風(fēng)輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的變變化存儲(chǔ)儲(chǔ)或釋放放部分

10、能能量，從從而提高高傳動(dòng)系系統(tǒng)的柔柔性，使使得功率率輸出更更加平穩(wěn)穩(wěn)，以獲獲得最大大功率產(chǎn)產(chǎn)出。（3）直驅(qū)驅(qū)式的市市場(chǎng)份額額會(huì)越來(lái)來(lái)越大直接驅(qū)動(dòng)可可省去齒齒輪箱，減減少傳動(dòng)動(dòng)鏈能量量損失，減減少停機(jī)機(jī)時(shí)間、發(fā)發(fā)電成本本和噪聲聲，降低低了維護(hù)護(hù)費(fèi)用，提提高了風(fēng)風(fēng)電轉(zhuǎn)換換效率和和可靠性性。（4） HYPERLINK /fan 風(fēng)力力發(fā)電機(jī)機(jī)無(wú)刷化化無(wú)刷化可提提高系統(tǒng)統(tǒng)的運(yùn)行行可靠性性，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)免維護(hù)護(hù)，提高高發(fā)電效效率。（5）大型型 HYPERLINK /fan 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)和小型型 HYPERLINK /fan 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)并列發(fā)發(fā)展在開(kāi)發(fā)大型型機(jī)的同同時(shí)還重重視小型型機(jī)。用用于海洋洋時(shí) ,在景觀觀、

11、噪聲聲等方面面的問(wèn)題題不突出出, 適適于采用用數(shù)MWW的大型型機(jī)組；當(dāng)受地地形、系系統(tǒng)等外外部條件件限制時(shí)時(shí),應(yīng)用用小型機(jī)機(jī)較有利利。（6）并網(wǎng)網(wǎng)大型化化與離網(wǎng)網(wǎng)分散化化互補(bǔ)運(yùn)運(yùn)行發(fā)展中國(guó)家家，雪原原、孤島島、偏僻僻地區(qū)等等電網(wǎng)較較小 ,仍舊適適用于離離網(wǎng)分散散型電力力系統(tǒng)3，55 。 2.3 風(fēng)電機(jī)機(jī)組的并并網(wǎng)用同步發(fā)電電機(jī)發(fā)電電是今天天最普遍遍的發(fā)電電方式，變變頻器的的使用解解決了 HYPERLINK /fan 風(fēng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速速和電網(wǎng)網(wǎng)頻率間間的耦合合問(wèn)題。通通過(guò)對(duì)變變頻器電電流的控控制，就就可以控控制發(fā)電電機(jī)轉(zhuǎn)矩矩，從而而控制風(fēng)風(fēng)力機(jī)的的轉(zhuǎn)速，使使之運(yùn)行行在最佳佳狀態(tài)。相相同條件件下，同同步

12、電機(jī)機(jī)比異步步電機(jī)調(diào)調(diào)速范圍圍更寬。異異步電機(jī)機(jī)的并網(wǎng)網(wǎng)技術(shù)主主要有：直接并并網(wǎng)、準(zhǔn)準(zhǔn)同期并并網(wǎng)、降降壓并網(wǎng)網(wǎng)、捕捉捉式準(zhǔn)同同步快速速并網(wǎng)、軟軟并網(wǎng)方方式等2 。 3 風(fēng)電電前沿?fù)?jù)連線雜雜志20006年年10月月11日日?qǐng)?bào)道，意意大利科科學(xué)家對(duì)對(duì)一種新新型的風(fēng)風(fēng)箏 HYPERLINK /fan 風(fēng)力力發(fā)電機(jī)機(jī)寄予厚厚望，它它看上去去就像一一晾衣架架如圖44，但卻卻具有成成本低，發(fā)發(fā)電量大大的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)，其發(fā)發(fā)電能力力有可能能與傳統(tǒng)統(tǒng)核電站站相媲美美。 美國(guó)專(zhuān)利商商標(biāo)局于于20006年66月200日也公公布了 HYPERLINK /fan 風(fēng)風(fēng)力發(fā)電電機(jī)結(jié)構(gòu)構(gòu)方面的的重要發(fā)發(fā)明專(zhuān)利利：“一一個(gè)共軸軸

13、多葉輪輪的 HYPERLINK /fan 風(fēng)力力發(fā)電機(jī)機(jī)”（圖圖6）；英國(guó) quiietrrevooluttionn 公司司研制出出了垂直直型民用用 HYPERLINK /fan 風(fēng)力發(fā)發(fā)電機(jī) QR555 （圖圖5），適適用于風(fēng)風(fēng)速低，風(fēng)風(fēng)向變化化頻繁的的地區(qū)；據(jù)南方方日?qǐng)?bào)220066年111月122日?qǐng)?bào)道道，我國(guó)國(guó)廣州中中科恒源源能源科科技有限限公司自自主研制制的全永永磁懸浮浮 HYPERLINK /fan 風(fēng)力發(fā)發(fā)電機(jī)順順利實(shí)現(xiàn)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)業(yè)化，使使得微風(fēng)風(fēng)發(fā)電成成為可能能。 美國(guó)麻省理理工研究究人員最最新設(shè)計(jì)計(jì)出一種種新型風(fēng)風(fēng)力渦輪輪機(jī)（圖圖7），可可固定在在離海岸岸較遠(yuǎn)的的漂浮平平臺(tái)上，使

14、使得海上上漂浮風(fēng)風(fēng)車(chē)發(fā)電電成為可可能。澳大利亞悉悉尼工學(xué)學(xué)院的布布賴(lài)恩羅伯茨茨教授提提出了一一種利用用高空射射流發(fā)電電的大膽膽想法，此此飛行發(fā)發(fā)電機(jī)（FFEG）能能夠象超超級(jí)大風(fēng)風(fēng)箏一樣樣懸浮在在 45500137700mm的高空空射流中中（一種種圍繞著著地球的的速度極極快的氣氣流），最最高時(shí)速速達(dá) 3320kkm/hh 的射射流將會(huì)會(huì)帶動(dòng)FFEG上上的轉(zhuǎn)軸軸，從而而產(chǎn)生電電流。 4 結(jié)論論 風(fēng)電可再生生，且清清潔無(wú)污污染，對(duì)對(duì)保護(hù)環(huán)環(huán)境，改改善能源源結(jié)構(gòu)具具有重要要意義。在在地球溫溫室效應(yīng)應(yīng)日益嚴(yán)嚴(yán)重及全全球性能能源危機(jī)機(jī)的今天天，應(yīng)加加大投資資力度，加加快研究究、設(shè)計(jì)計(jì)和生產(chǎn)產(chǎn)的步伐伐，促進(jìn)進(jìn)風(fēng)電事事業(yè)的快快速發(fā)展展。 參 考 文文 獻(xiàn) 1王承承煦.風(fēng)風(fēng)力發(fā)電電實(shí)用技技術(shù)MM.北北京:金金盾出版版社，119955 .2葉杭杭冶. HYPERLINK /fan