加快發(fā)展我國風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的探討

王軼夫

摘要：經(jīng)過多年的努力，我國在開發(fā)利用風(fēng)力資源，風(fēng)電廠的建設(shè)等方面都取得了很大的發(fā)展與進步。當(dāng)然風(fēng)力發(fā)電也存在著噪音污染等問題，不過一般風(fēng)電廠距離居民區(qū)較遠，影響不大?？梢姡L(fēng)能在保護環(huán)境、促進社會和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展方面都有明顯的優(yōu)勢，它是一種綠色能源。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；問題；分析探討

1 我國的風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 風(fēng)電企業(yè)的裝機容量

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年達到250kW，1997年突破1MW，1999年即達到2MW。進入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即研制出第一臺5MW風(fēng)電機，Enercon開發(fā)出第二代直驅(qū)式6WM風(fēng)電機，預(yù)計2013年單機容量將突破15MW。從世界范圍來看，1.5MW-2MW的機型占世界機組容量的比例，已從2007年的63.7%飛速上升到80.4%；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21.5%，而2009年比例已經(jīng)上升到86.86%。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。

1.2 風(fēng)電企業(yè)機組控制技術(shù)水平

控制技術(shù)是風(fēng)力發(fā)電機組安全高效運行的關(guān)鍵技術(shù)，這是因為：

（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60m～100m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)可靠性提出了很高的要求。

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)電機的功率輸出限制在一定范圍內(nèi)。失速調(diào)節(jié)型的優(yōu)點是簡單可靠，當(dāng)風(fēng)速變化引起輸出功率變化時，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。其缺點是葉片重量大，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。

變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機組是近年來發(fā)展起來的一種新型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)速不受發(fā)電機輸出功率的限制，而其輸出電壓的頻率、幅值和相位也不受轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的影響。與恒速風(fēng)電機組相比，它的優(yōu)越性在于：低風(fēng)速時能夠跟蹤風(fēng)速變化，在運行中保持最佳葉尖速比以獲得最大風(fēng)能；高風(fēng)速時利用風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的變化調(diào)節(jié)風(fēng)力機槳距角，在保證風(fēng)電機組安全穩(wěn)定運行的同時，使輸出功率更加平穩(wěn)。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機組通過勵磁控制和變槳距調(diào)節(jié)來實現(xiàn)最佳運行狀態(tài)。變槳距是根據(jù)風(fēng)速和發(fā)電機轉(zhuǎn)速來調(diào)整葉片槳距角，從而控制發(fā)電機輸出功率，由傳動齒輪箱、伺服電機和驅(qū)動控制單元組成。隨著風(fēng)電控制技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)輸出功率小于額定功率狀態(tài)時，變槳距風(fēng)力發(fā)電機組采用OptitiP技術(shù)，即根據(jù)風(fēng)速的大小，調(diào)整發(fā)電機轉(zhuǎn)差率，使其盡量運行在最佳葉尖速比，以得到理想的輸出功率。

2 風(fēng)力發(fā)電發(fā)展中的問題與分析

經(jīng)過近幾年的持續(xù)快速發(fā)展，國內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的總裝機容量在世界上處于領(lǐng)先地位，電壓水平逐步提高，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴大，我國已形成了華北、華中、華東、華南、東北、西北等六大區(qū)域電網(wǎng)，基本構(gòu)成了完整的跨區(qū)域遠程網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu).隨著各種新技術(shù)在電力工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)的數(shù)字化和自動化水平得到了極大的提高。然而，隨著國內(nèi)電網(wǎng)的蓬勃發(fā)展和電網(wǎng)建設(shè)的巨大成就，風(fēng)電發(fā)展中存在的問題也逐漸顯現(xiàn)出來。未來，風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展面臨著嚴(yán)峻的問題和挑戰(zhàn)。

2.1 風(fēng)電規(guī)劃方案不合理

為主體的風(fēng)力資源開發(fā)和評估、電網(wǎng)公司、政府部門、風(fēng)電開發(fā)商和其他三個部門經(jīng)常制定計劃對風(fēng)力資源從自身的角度來看，代表不同的部門的利益，往往導(dǎo)致巨大的差異和失衡的規(guī)劃計劃。政府部門一般根據(jù)國家政策方向，以優(yōu)惠政策支持和鼓勵風(fēng)電資源的積極開發(fā)，這將導(dǎo)致相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求的降低。出于安全生產(chǎn)和實際經(jīng)濟效益的考慮，電網(wǎng)公司往往對風(fēng)力發(fā)電存在一定的顧慮，在具體規(guī)劃時也會有所謹(jǐn)慎。開發(fā)人員為了追求自動化的利益，會有一定程度的盲目性。三種規(guī)劃主體的差異會導(dǎo)致風(fēng)電規(guī)劃方案的偏差。因此，對風(fēng)力資源進行多維度評價，形成客觀合理的規(guī)劃方案是風(fēng)力發(fā)電發(fā)展基礎(chǔ)的重要組成部分。

2.2 對風(fēng)資源的評估不規(guī)范且水平較低

當(dāng)前，國內(nèi)對于風(fēng)能資源的評估體系不完整、評估標(biāo)準(zhǔn)不合理、統(tǒng)計方法不科學(xué)。在實際的評估中，對于多種因素的影響未做考慮，比如：沙漠地帶、水源地、復(fù)雜地形、自然生態(tài)保護區(qū)等因素對于評估的影響，這樣，就會導(dǎo)致形成的評估報告不可靠、不科學(xué)。而在對于風(fēng)能資源的評估和普查中，也往往是主要依據(jù)測風(fēng)塔和氣象站的記錄，沒有考慮到位置和時間等其他因素，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、不全面。

2.3 風(fēng)能資源的分布與電力負荷不平衡

我國風(fēng)能資源主要分布在東南沿海和三北地區(qū)，是建設(shè)大型風(fēng)力發(fā)電基地的理想場所。然而，自然和優(yōu)良的風(fēng)能資源主要集中在這些地區(qū)的偏遠地區(qū)。除了人口稠密、電力需求量巨大的城市外，風(fēng)能資源的分布與電力負荷存在很大的不平衡。同時，由于各地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展不平衡、供電結(jié)構(gòu)和輸電技術(shù)等實際因素，風(fēng)電供需極不一致，可能造成較大的成本和安全問題。

2.4 風(fēng)能盲目開發(fā)，風(fēng)電非理性增長

近年來，由于國家政策的大力支持，許多地方政府出臺了一系列優(yōu)惠扶持政策，以促進風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。然而，在政策的積極鼓勵下，風(fēng)電資源盲目開發(fā)，造成了一系列問題，如管理不足、儲能能力和外部輸電能力不足、風(fēng)電聯(lián)網(wǎng)困難、市場消耗困難等。隨著風(fēng)電安裝規(guī)模的迅速擴大，電網(wǎng)自身的調(diào)節(jié)能力下降，給電力行業(yè)的安全生產(chǎn)帶來了巨大的隱患。因此，政府必須對風(fēng)電資源的開發(fā)進行科學(xué)的政策指導(dǎo)。在制定風(fēng)電優(yōu)惠政策時，必須考慮到風(fēng)電資源的配置和風(fēng)電行業(yè)風(fēng)能區(qū)的實際情況。要合理開發(fā)能源，避免無序、盲目發(fā)展的現(xiàn)象。

3 結(jié)語

我國具有發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的良好條件，所以我國更應(yīng)根據(jù)國情，因地制宜，一切從實際出發(fā)，采取與國外合資、積極合作的同時進行自主發(fā)展，加強自身的技術(shù)研發(fā)能力的同時加強人才培養(yǎng)，并制訂鼓勵風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的相關(guān)政策，這樣的話，我國風(fēng)力發(fā)電前景將十分廣闊，將我國建設(shè)成風(fēng)電強國的目標(biāo)也指日可待。

參考文獻

[1]陶金，張雪，劉煜龍，徐明輝.我國風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀和前景探討.現(xiàn)代機械，2013.

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（作者單位：華能新能源股份有限公司遼寧分公司）