風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)分析與發(fā)展趨勢

薛珍麗 劉海元

（甘肅能源集團(tuán)有限責(zé)任公司,甘肅 慶陽 745000）

風(fēng)是由空氣流動(dòng)引起的一種自然現(xiàn)象，它是由太陽輻射熱引起的。因地表受太陽輻照后氣溫等變化不均造成大量空氣流動(dòng)，其所產(chǎn)生的動(dòng)能就稱為風(fēng)能。利用風(fēng)力發(fā)電具有環(huán)境效益好、基建周期短、裝機(jī)規(guī)模靈活等優(yōu)點(diǎn)。世界氣象組織（WMO）和中國氣象局氣象科學(xué)研究院的數(shù)據(jù)分析表明，地球上可利用的風(fēng)能資源為可利用水能的20倍，約為200億KW，風(fēng)能資源相當(dāng)豐富。在應(yīng)對當(dāng)前全球氣候變暖等環(huán)境危機(jī)的背景下，風(fēng)能作為一種具備相當(dāng)優(yōu)勢、技術(shù)成熟、成本可觀的清潔型能源，已經(jīng)受到了廣泛重視并成為具有廣闊應(yīng)用前景的能源之一。在本文中，將針對風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展趨勢進(jìn)行分析。

1 風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)分析

1.1 構(gòu)建分布有致、可持續(xù)發(fā)展的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

由于風(fēng)力資源分布不均的原因，我國目前的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)存在著不均衡的狀況。我國目前的風(fēng)力資源分布呈現(xiàn)東南沿海與西北區(qū)域較為豐富，其他地區(qū)較為貧乏的狀況，因而風(fēng)力發(fā)電企業(yè)在東南與西北區(qū)域發(fā)展較為成熟，產(chǎn)業(yè)分布密集，產(chǎn)能穩(wěn)定，其他地區(qū)則較為疏弱，這就導(dǎo)致在能源豐富地區(qū)可能產(chǎn)能大量過剩，而匱乏地區(qū)卻出現(xiàn)電力供應(yīng)緊張的狀況。要依靠風(fēng)力技術(shù)發(fā)電，必須對這個(gè)問題予以重視，統(tǒng)籌部署，優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展電力遠(yuǎn)距離傳輸?shù)葐栴}，著力形成分布有致、能夠保障供給的電網(wǎng)，從而優(yōu)化整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

1.2 完善基建產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)

風(fēng)力發(fā)電的逐步建設(shè)必然對風(fēng)電基建逐步具有更高、更完善的要求，而我國目前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組等各個(gè)方面對于滿足發(fā)展前景的要求還力不從心。從現(xiàn)狀來看，機(jī)械零件等方面還能滿足需求，但在核心部件方面無論是前沿技術(shù)還是生產(chǎn)水平都不夠理想。具體表現(xiàn)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組還不能進(jìn)行整機(jī)設(shè)計(jì)，在運(yùn)輸、監(jiān)測、維護(hù)、咨詢等方面還沒有形成系統(tǒng)的體系，并且電氣可編程控制和集電環(huán)等重要部件都要靠國外供給。所以產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)也是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)。

1.3 促進(jìn)理論與實(shí)踐相結(jié)合

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)處于較快的發(fā)展水平，而這必然導(dǎo)致理論論證與實(shí)踐技術(shù)難以追及，難以進(jìn)行精細(xì)載荷極限的計(jì)算。目前我國機(jī)組的單機(jī)容量已經(jīng)從原有的600KW 變成現(xiàn)在的1.5MW，但在實(shí)際應(yīng)用與發(fā)展預(yù)期中仍然難以保障需求，由于單機(jī)容量大型化具有能夠降低整體投入成本、增強(qiáng)單位面積的裝機(jī)容量與發(fā)電效率等優(yōu)勢，勢必將成為風(fēng)力發(fā)電進(jìn)一步發(fā)展的方向，而我國在這方面的理論與實(shí)踐技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠支持其發(fā)展。以上瓶頸阻礙了我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的進(jìn)一步跨越性發(fā)展。

1.4 進(jìn)一步提高保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全性能

由于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的急速發(fā)展，研究試驗(yàn)周期不足，在安全保障等方面難免還存在缺陷，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生事故沒有足夠的經(jīng)驗(yàn)預(yù)期與保障。目前問題主要發(fā)生于對技術(shù)具有要求的裝機(jī)階段各個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)管理上，尤其是并網(wǎng)與輸送。安全性能不高使其可靠性收到相當(dāng)?shù)挠绊?，容易給社會(huì)帶來人員安全、財(cái)產(chǎn)等損失。在此應(yīng)該由相關(guān)技術(shù)人員針對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組脫網(wǎng)等問題完善成熟的相關(guān)注意事項(xiàng)與相關(guān)事故發(fā)生應(yīng)急機(jī)制，并對一線操作人員進(jìn)行專業(yè)性培訓(xùn)與定期考核，進(jìn)一步提高風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的穩(wěn)定性、安全性與可發(fā)展性。

2 發(fā)展趨勢預(yù)期

隨著溫室效應(yīng)的惡化，環(huán)境保護(hù)的需求更是迫在眉睫。各國對向清潔型能源轉(zhuǎn)型的需求必將進(jìn)一步強(qiáng)化，對清潔型能源的應(yīng)用也會(huì)越來越廣泛。風(fēng)力發(fā)電作為技術(shù)較為成熟、發(fā)展初具規(guī)模的能源，在低碳經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，在未來發(fā)展中必然也將有廣闊的發(fā)展前景。由于單機(jī)容量大型化所具有的一系列優(yōu)勢，其將成為風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的重要趨勢。從風(fēng)輪到發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式來區(qū)分，目前主要有兩種: ①通過齒輪箱多級(jí)變速驅(qū)動(dòng)雙饋異步發(fā)電機(jī),簡稱為雙饋式,是目前市場上的主流產(chǎn)品；②風(fēng)輪直接驅(qū)動(dòng)同步發(fā)電機(jī),簡稱為直驅(qū)式。由于雙饋式驅(qū)動(dòng)方式中風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)之間存在變速齒輪箱,容易造成噪音大、機(jī)械磨損高的缺點(diǎn)。而在直驅(qū)式風(fēng)力機(jī)可省去齒輪箱,能夠節(jié)約投資、減少傳動(dòng)鏈損失和停機(jī)時(shí)間、減少能量損失、降低發(fā)電成本和噪聲，具有維護(hù)費(fèi)用低、可靠性好等優(yōu)點(diǎn),在市場上正在占有越來越大的份額。隨著電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷進(jìn)步,故大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)使用直接驅(qū)動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)成為可能,成為變速恒頻風(fēng)力發(fā)電的重要趨勢之一。

3 結(jié)語

風(fēng)力發(fā)電作為較為新興的科技，在發(fā)展過程中還需要政策與先進(jìn)技術(shù)的支持，以達(dá)成產(chǎn)業(yè)化與商業(yè)化。今后的二十年，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)將進(jìn)入快速發(fā)展的黃金時(shí)期，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)也將成為增長空間最大、發(fā)展速度最快的能源產(chǎn)業(yè)，我國應(yīng)當(dāng)積極發(fā)展前沿技術(shù)，完善相關(guān)基建體系，使風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)得以發(fā)展與成熟，以滿足更大范圍的電力需求，促進(jìn)能源轉(zhuǎn)型與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展。

[1]蘭立君,王培紅,陸璐,錢瑾.風(fēng)力發(fā)電及其關(guān)鍵技術(shù)研究[A].中國工程院.長三角清潔能源論壇論文專輯[C].中國工程院:,2005:4.