風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展及相關(guān)問(wèn)題研究

劉海鈞

[摘 要]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們對(duì)電的需求量不斷增加，傳統(tǒng)的煤炭發(fā)電不論是從環(huán)境保護(hù)角度還是從發(fā)電量的角度而言都不能滿足人們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)生產(chǎn)的需求。社會(huì)的發(fā)展離不開能源，我們要在積極響應(yīng)國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的基礎(chǔ)上開發(fā)出更多的可再生能源，支持經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和滿足人民日常生產(chǎn)，生活的需要。風(fēng)能，作為一種可再生，無(wú)污染的新型能源，不論是從生產(chǎn)成本還是從發(fā)電量的角度而言，都極大程度的符合現(xiàn)階段社會(huì)發(fā)展的需求，從而引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。

[關(guān)鍵詞]風(fēng)力發(fā)電技術(shù) 發(fā)展 問(wèn)題研究

中圖分類號(hào)：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）12-0036-01

全世界范圍的石油危機(jī)使得世界各國(guó)開始意識(shí)到不可再生能源可利用率的不斷減少，開發(fā)新型可再生，可循環(huán)使用能源的必要性和迫切性。如風(fēng)能，太陽(yáng)能，這一類能源不僅對(duì)環(huán)境的污染小，滿足社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需求，而且利用率高，其中表現(xiàn)尤為突出的就是風(fēng)能，利用風(fēng)能最直接的方法就是風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展在一定程度上加快了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和提高了人們環(huán)境保護(hù)的意識(shí)，因此，探討風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展歷程和我國(guó)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)存在的問(wèn)題，對(duì)促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用具有重要作用。

一、我國(guó)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展

1986年，我國(guó)第一座風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)在 山東榮成建成并投入使用，該風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)總共安裝了3太55KW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，該風(fēng)力發(fā)電站的投入運(yùn)行，標(biāo)志著風(fēng)能正式應(yīng)用于電能的生產(chǎn)，隨后，風(fēng)力發(fā)電如雨后春筍般迅速發(fā)展，其建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。1989年底。我國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總裝機(jī)容量不過(guò)4200KW，到1996年后，風(fēng)力發(fā)電逐漸進(jìn)入擴(kuò)大建設(shè)規(guī)模的階段，截至1993年底，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總裝機(jī)容量達(dá)到22.6萬(wàn)KW。到2004年初，我國(guó)就已經(jīng)有將近14個(gè)省，自治區(qū)建立了風(fēng)力發(fā)電廠，其總的發(fā)電量占全國(guó)總發(fā)電量的12%，總裝機(jī)容量達(dá)到了550MW。

風(fēng)電規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及技術(shù)水平的不斷提高使得我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電得到了空前的發(fā)展，其中表現(xiàn)尤為突出的就是中小型電力行業(yè)的迅猛發(fā)展，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2008年底，我國(guó)中小型發(fā)電機(jī)組的生產(chǎn)，研發(fā)單位達(dá)到了80家，總共可以生產(chǎn)的機(jī)型達(dá)到19種，年生產(chǎn)能力不斷提高。除此之外，大型發(fā)電機(jī)組也取得了可喜的成績(jī)，我國(guó)已經(jīng)可以生產(chǎn)和研發(fā)1.5MW的風(fēng)電機(jī)組，并且更大容量的發(fā)電機(jī)組也在不斷的研發(fā)。[1]截至2013年。我國(guó)風(fēng)電發(fā)呆呢機(jī)組總裝機(jī)容量達(dá)到了5321.4萬(wàn)KW居世界前列。

二、我國(guó)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)存在的主要問(wèn)題

（一）風(fēng)力發(fā)電穩(wěn)定性有待提高

隨著風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，導(dǎo)致風(fēng)能大規(guī)模的被開發(fā)和利用，并網(wǎng)，風(fēng)電功率的波動(dòng)性和隨機(jī)性對(duì)電能的穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響逐漸凸顯。風(fēng)電和水電，火電不同，它并不是時(shí)時(shí)刻刻都可以保持穩(wěn)定，當(dāng)風(fēng)電總量超過(guò)電網(wǎng)總量的5%時(shí)，電網(wǎng)的穩(wěn)定性就會(huì)收到干擾，極大程度的影響供電質(zhì)量。電網(wǎng)很強(qiáng)，而風(fēng)力發(fā)電又很容易被消納，如何解決電網(wǎng)重負(fù)超過(guò)其負(fù)重能力的問(wèn)題成為了影響風(fēng)力發(fā)電長(zhǎng)久發(fā)展的重要問(wèn)題。并網(wǎng)所帶來(lái)的瓶困擾將極大程度的影響風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為有效解決這一問(wèn)題，在國(guó)外主要采用分散入網(wǎng)的方式，選擇這種入網(wǎng)方式的有點(diǎn)在于當(dāng)風(fēng)速很快且風(fēng)向變化較多時(shí)，風(fēng)電發(fā)電機(jī)極不穩(wěn)定，不能夠滿足并網(wǎng)的條件，風(fēng)電機(jī)可以隨時(shí)脫網(wǎng)，等到風(fēng)速和風(fēng)向穩(wěn)定后，又可以隨時(shí)并網(wǎng)，減少了對(duì)電網(wǎng)的影響。而我國(guó)的風(fēng)電發(fā)電機(jī)組大多采用的都是軟并網(wǎng)方式，這種連接方式雖然在一定程度上可以降低工程造價(jià)，但是當(dāng)風(fēng)速較快，風(fēng)向轉(zhuǎn)變較快的時(shí)候，風(fēng)電的不連續(xù)性和不穩(wěn)定性，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)出力出現(xiàn)波動(dòng)影響總電網(wǎng)的穩(wěn)定性，這種技術(shù)上的缺陷在很大程度上顯示了風(fēng)能發(fā)電的進(jìn)一步發(fā)展。

（二）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)有待優(yōu)化

一般而言，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是復(fù)雜多變量非線性系統(tǒng)，這種非線性系統(tǒng)導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有不確定性和多干擾的特點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率受控制技術(shù)的影響，良好的控制技術(shù)不僅可以提高控制系統(tǒng)運(yùn)行效率還可以減少系統(tǒng)運(yùn)行成本，而風(fēng)電控制系統(tǒng)的基本目標(biāo)就是通過(guò)優(yōu)化功率，減緩疲勞荷載，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)動(dòng)力等策略保證機(jī)組的正常運(yùn)行，延長(zhǎng)機(jī)組的壽命的同時(shí)獲得最大的能量。但是由于風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定性不如水力發(fā)電和核電，增加了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制難度。一般而言，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于瘋狂運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，可以通過(guò)風(fēng)輪葉片的自動(dòng)卸載，使葉片和風(fēng)向平行，減少葉片和風(fēng)力的抗力，抵御風(fēng)的破環(huán)作用。但是，由于風(fēng)輪自動(dòng)卸載技術(shù)的不成熟和其他因素的影響導(dǎo)致在我國(guó)，風(fēng)電機(jī)在臺(tái)風(fēng)中受損的情況時(shí)有發(fā)生，說(shuō)明我國(guó)風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的可靠性還有待提高，風(fēng)電機(jī)控制系統(tǒng)的缺陷將在很大程度上影響風(fēng)能發(fā)電的長(zhǎng)久發(fā)展。

三、解決措施

綜上所述，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)存在的問(wèn)題，主要是由風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不成熟造成的，因此，為有效的從根源上解決這些問(wèn)題，關(guān)鍵在于技術(shù)的不斷改進(jìn)，其中用的最多的就是功率調(diào)節(jié)，功率調(diào)節(jié)又可以分為以下幾種：

（一） 定槳距失速調(diào)節(jié)

定槳距是指風(fēng)輪的槳葉和輪毅剛性連接。當(dāng)氣流流經(jīng)上下翼面形狀不同的葉片是，因突面的彎曲使得氣流加速，壓力較低，凹面平緩使氣流的流速減緩，壓力較高，因而產(chǎn)生升力，定槳距失速控制沒有功率反饋系統(tǒng)和變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因而整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件少，造價(jià)低，并且具有較高的安全系數(shù)。

（二）變槳距調(diào)節(jié)

變槳距型風(fēng)力發(fā)電機(jī)使風(fēng)輪葉片的安裝角度隨風(fēng)速變化，變槳距機(jī)組可對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，并網(wǎng)后可對(duì)功率進(jìn)行控制，使風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)性能和功率輸出性能得到顯著的改善。這種方法可以減少材料的使用率，降低機(jī)組的重量。

（三）主動(dòng)失速

這種體哦啊姐方式是前兩種調(diào)節(jié)方式的組合體，不需要靈敏的調(diào)節(jié)速度，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功率相對(duì)較小。

結(jié)論

風(fēng)能發(fā)電技術(shù)在將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程中沒有產(chǎn)生任何污染的關(guān)鍵在于該過(guò)程只是降低了氣流的流速。因此，風(fēng)能發(fā)電對(duì)保護(hù)環(huán)境，維持生態(tài)平衡，改善能源結(jié)構(gòu)和響應(yīng)國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重要意義。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)設(shè)計(jì)到眾多學(xué)科知識(shí)，如自動(dòng)控制，力學(xué)，機(jī)械傳動(dòng)，空氣動(dòng)力學(xué)等，是一門復(fù)雜的綜合學(xué)科，要想完全了解該技術(shù)，還需要不斷的研究，不斷的探索。本文在探討風(fēng)能發(fā)電技術(shù)在我國(guó)發(fā)展的基礎(chǔ)之上，探究我國(guó)風(fēng)能發(fā)電技術(shù)存在的問(wèn)題，并提出相關(guān)的解決措施，希望對(duì)促進(jìn)風(fēng)能發(fā)電技術(shù)在我國(guó)的長(zhǎng)久發(fā)展有一定的積極作用。

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