我國大型風(fēng)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望

馮磊

摘 要：近年來，我國社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，社會上對能源資源的需求也逐漸增大。但世界上可用的一次能源正在逐漸匱乏，發(fā)現(xiàn)和利用新型能源，成為一個關(guān)鍵問題。風(fēng)力發(fā)電是當(dāng)前新型能源利用的一種主流形式，在能源資源緊張以及環(huán)保壓力增大的條件下，風(fēng)力發(fā)電的需求與日俱增。當(dāng)前，我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)正在迅速發(fā)展進(jìn)步，并逐漸普及應(yīng)用。文章對我國大型風(fēng)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望進(jìn)行分析研究，以期能夠幫助提高風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用水平。

關(guān)鍵詞：大型風(fēng)電技術(shù);應(yīng)用現(xiàn)狀;發(fā)展展望;分析研究

中圖分類號：F426.61 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

我國的迅速發(fā)展，離不開能源資源的大力開采與應(yīng)用。常規(guī)能源以煤炭、石油、天然氣等為主，這些一次能源資源可用總量有限，且其使用會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。隨著科技的發(fā)展，對可再生能源進(jìn)行開發(fā)和利用，成為世界各國發(fā)展中的一個重要問題。風(fēng)能是一種十分重要且關(guān)鍵的可再生能源，其有著諸多優(yōu)勢優(yōu)點(diǎn)，利用風(fēng)能發(fā)電，已經(jīng)成為世界大多數(shù)國家的一種戰(zhàn)略選擇。相比火電，風(fēng)電有著可再生、無污染、能量大、應(yīng)用前景廣泛等優(yōu)勢。我國的風(fēng)能儲量極大，且風(fēng)能分布面較廣，有著巨大的開發(fā)與應(yīng)用潛力。近年來，我國的大型風(fēng)電技術(shù)獲得了迅速的發(fā)展，但也逐漸暴露出部分問題，影響著大型風(fēng)電技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果。因此，文章對我國大型風(fēng)電技術(shù)的現(xiàn)狀與展望進(jìn)行分析研究，有著現(xiàn)實(shí)的價值和意義。

1 我國大型風(fēng)電技術(shù)現(xiàn)狀

經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，我國大型風(fēng)電技術(shù)已經(jīng)有了長足的發(fā)展與進(jìn)步，在我國有著較為普遍與廣闊的應(yīng)用。本部分將對現(xiàn)階段我國大型風(fēng)電技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行探析。

1.1 風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)總量不斷提升

我國幅員遼闊，風(fēng)能資源的分布范圍較為廣泛，且風(fēng)能儲量極大。隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及我國各地區(qū)環(huán)境污染問題的加劇和資源能源的大量損耗，我國風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)總量正在迅速提升。從現(xiàn)有掌握的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，我國風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)總量在持續(xù)提升，能夠?yàn)榛A(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供更多地幫助與支持。首先，我國的風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)總量不斷提升，能夠更加高效和優(yōu)秀地發(fā)揮出大型風(fēng)電技術(shù)應(yīng)用的效果與質(zhì)量。由于我國國土面積遼闊，在自然資源的利用方面偏向于綜合化應(yīng)用[1]。而大型風(fēng)電技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用操作過程中，即使是在微風(fēng)狀態(tài)下，也依然能夠發(fā)揮出較為良好的風(fēng)力發(fā)電效果。其次，風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)總量的提升能夠?yàn)槠渌貐^(qū)的電力工作提供較大幫助。雖然在我國部分地區(qū)風(fēng)力能源的儲量相對較小，但風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)總量的提升，也能夠在一定程度上更好地發(fā)揮大型風(fēng)電技術(shù)能力，促進(jìn)其他可再生能源、清潔能源的有效利用，形成一個良好的電力體系。

1.2 海上風(fēng)電技術(shù)逐漸成熟

對風(fēng)力能源發(fā)電而言，最為重要而關(guān)鍵的工作重點(diǎn)在于風(fēng)能是否充足。相比陸地上的風(fēng)力能源，海洋風(fēng)力能源更加充足。由于海面平坦寬闊，加之易形成風(fēng)能，因此海上風(fēng)電技術(shù)有著更加廣闊的應(yīng)用與利用空間。我國的海岸線較長，且海洋面積廣闊，充分地應(yīng)用海風(fēng)進(jìn)行發(fā)電，能夠更進(jìn)一步地推動風(fēng)電技術(shù)發(fā)展[2]。近年來，我國海上風(fēng)電技術(shù)的利用應(yīng)用體系、相關(guān)機(jī)械設(shè)備、基礎(chǔ)設(shè)施等，已經(jīng)不斷投入建設(shè)，并相繼正式使用，為沿海地區(qū)電力體系的發(fā)展提供了巨大的幫助與支持。海上風(fēng)電技術(shù)的逐漸成熟，能夠更好地推動和促進(jìn)大型風(fēng)電技術(shù)在未來的應(yīng)用與落實(shí)，減少環(huán)境污染問題。

1.3 大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備裝備制造技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展

在我國風(fēng)電裝機(jī)容量快速增長、海上風(fēng)電技術(shù)逐漸成熟的同時，我國風(fēng)電設(shè)備裝備的制造技術(shù)也獲得了長足的進(jìn)步。就目前而言，我國大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備裝備制造技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.3.1 單機(jī)容量的穩(wěn)步提升

二十世紀(jì)八十年代，我國開始研發(fā)大型風(fēng)電技術(shù)。當(dāng)時我國的舊式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量僅為20-60千瓦，現(xiàn)今我國風(fēng)電市場上商業(yè)化的機(jī)組單機(jī)容量一般為600-2500千瓦，且兆瓦級商品已經(jīng)商業(yè)化。陸上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量能夠達(dá)到2兆瓦，近海單機(jī)容量則能夠達(dá)到5兆瓦[3]。

1.3.2 風(fēng)電機(jī)組形式的多樣化

我國的大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，已經(jīng)由恒定速度運(yùn)行向變速運(yùn)行發(fā)展。這樣的風(fēng)電機(jī)組形式變化，有發(fā)電量大、風(fēng)速變化適應(yīng)性強(qiáng)、噪音低、風(fēng)輪效率高、功率因素控制精確等優(yōu)點(diǎn)。

1.3.3 無齒輪箱系統(tǒng)的市場份額逐漸擴(kuò)大

在大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中，齒輪轉(zhuǎn)動問題是一個關(guān)鍵問題，齒輪轉(zhuǎn)動不僅會降低風(fēng)力能源與電力能源之間轉(zhuǎn)換的效率，也會產(chǎn)生噪音等問題，嚴(yán)重情況下也會導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)機(jī)械故障問題。針對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中的齒輪轉(zhuǎn)動問題，需要對其進(jìn)行定期的維護(hù)與潤滑清洗，減少其機(jī)械磨損。而無齒輪箱的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電方式，雖然在一定程度上提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備的設(shè)計成本，但是有效地提高了整體發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行效率和運(yùn)行可靠性。

1.3.4 風(fēng)輪輸出功率控制方式的轉(zhuǎn)變

一般情況下，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備有失速調(diào)節(jié)和變槳距調(diào)節(jié)等兩種方式。失速控制是在風(fēng)輪轉(zhuǎn)速不變的條件下，風(fēng)速超過額定值后，葉片會發(fā)生失速，從而將風(fēng)輪輸出的功率限制在一定范圍內(nèi)。失速控制的優(yōu)勢是，葉片與輪轂之間不存在運(yùn)動部件，也不需要復(fù)雜的控制程序。在失速過程中，風(fēng)力設(shè)備的功率波動相對較小。但是其也有著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組性能受限、啟動風(fēng)速較高，風(fēng)速超過額定值后發(fā)電功率下降、需要葉尖剎車裝置、發(fā)電機(jī)組動態(tài)負(fù)荷大等缺點(diǎn)與不足。而變槳距調(diào)節(jié)則是沿著槳葉縱軸旋轉(zhuǎn)葉片，控制風(fēng)輪的能量吸收，保持一定風(fēng)力輸出功率的一種風(fēng)輪輸出功率控制方式，其有著機(jī)組啟動性能較好、輸出功率穩(wěn)定、機(jī)組結(jié)構(gòu)受力小等優(yōu)勢，也有著故障幾率較高、控制程序較為復(fù)雜等不足。這兩種控制方式各自有著優(yōu)勢與不足，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)行合理選擇。從目前市場角度看，變槳距調(diào)節(jié)方式的風(fēng)電機(jī)組應(yīng)用較多。

2 我國大型風(fēng)電技術(shù)存在的問題

雖然我國大型風(fēng)電技術(shù)經(jīng)過了迅速的發(fā)展，有了長足的進(jìn)步。但不可否認(rèn)的是，我國在大型風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域還存在一定的問題和不足，與西方先進(jìn)技術(shù)還有一定的差距。本部分將對我國大型風(fēng)電技術(shù)應(yīng)用存在的問題進(jìn)行探究。

2.1 國產(chǎn)風(fēng)電機(jī)組設(shè)備質(zhì)量較低

我國部分國產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備存在一定的質(zhì)量問題，導(dǎo)致風(fēng)電場的可利用率較低。就目前而言，我國采用國產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)電場，其機(jī)組可利用率明顯低于采用國際先進(jìn)品牌的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)可知，整體的可利用率相對低于7%。除此之外，國產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備的質(zhì)量問題，已經(jīng)成為我國大型風(fēng)電技術(shù)發(fā)展中的一個關(guān)鍵問題。

2.2 風(fēng)電機(jī)組設(shè)計與國外存在差距

我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)應(yīng)用前期，更多地依靠國外先進(jìn)的設(shè)計理念與設(shè)計技術(shù)進(jìn)行合作設(shè)計。自主設(shè)計能力較為薄弱，在設(shè)計經(jīng)驗(yàn)方面與國外先進(jìn)國家相比仍存在一定差距。我國當(dāng)前風(fēng)力機(jī)組設(shè)計能力較差，沒有開發(fā)出適用的風(fēng)力機(jī)組設(shè)計工具軟件。

2.3 風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵部件方面與國外存在差距

現(xiàn)階段，國內(nèi)兆瓦級以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組配套的相關(guān)關(guān)鍵部件，已經(jīng)進(jìn)入到批量生產(chǎn)階段。但其質(zhì)量與性能與國外還存在差距，整體的關(guān)鍵部件生產(chǎn)技術(shù)仍處于初級階段。

3 我國大型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)展望

3.1 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)應(yīng)用規(guī)模

隨著我國的高速發(fā)展，我國對能源資源的需求也在迅速提高。我國大型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的未來發(fā)展，必定是向著規(guī)模化、大型化的方向進(jìn)行與進(jìn)步。根據(jù)我國目前電力能源資源的應(yīng)用情況進(jìn)行分析，我國未來風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模將會達(dá)到總量2.1億千瓦以上。其中，海上風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)量將達(dá)到500萬瓦以上，風(fēng)力發(fā)電量將占我國總發(fā)電量的9%。

3.2 風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)結(jié)構(gòu)調(diào)整

我國風(fēng)電發(fā)展在未來將會向我國中東部以及南部地區(qū)逐漸轉(zhuǎn)移，一方面能夠更好地為我國中東部以及南部地區(qū)的電網(wǎng)和電力體系發(fā)展提供幫助和支持;另一方面也能夠?yàn)槲覈L(fēng)電的持續(xù)開發(fā)提供更加廣闊的市場。

3.3 電網(wǎng)綜合建設(shè)與應(yīng)用服務(wù)發(fā)展

我國風(fēng)電總發(fā)電量在不斷增加的同時，高速度、大規(guī)模電網(wǎng)的綜合建設(shè)，不僅能夠解決我國現(xiàn)有電網(wǎng)中存在的問題與不足，也能夠?yàn)槲覈笮惋L(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展提供巨大的幫助與支持。同時，國家多項措施與政策的出臺，也能夠帶動我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)更加廣闊地應(yīng)用。除此之外，我國風(fēng)能資源數(shù)據(jù)庫與相關(guān)應(yīng)用服務(wù)正在逐步完善，能夠顯著提高我國國產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計與生產(chǎn)的性能與水平，推動風(fēng)力發(fā)電技術(shù)應(yīng)用。

3.4 相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展

我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相比以往，已經(jīng)有了長足的創(chuàng)新與進(jìn)步，如磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用以及風(fēng)電功率預(yù)測預(yù)報技術(shù)的應(yīng)用，極大地提高了我國大型風(fēng)電技術(shù)的應(yīng)用效果與實(shí)際應(yīng)用水平。而大容量儲能技術(shù)等新技術(shù)的研究與完善，將會在后續(xù)的實(shí)際應(yīng)用中推動我國大型風(fēng)電技術(shù)進(jìn)步。

4 結(jié)語

總而言之，隨著我國環(huán)境污染問題的加劇以及一次能源資源應(yīng)用難度的逐漸上升，對風(fēng)能加以利用成為一個關(guān)鍵問題。風(fēng)電技術(shù)是利用風(fēng)能的一種具有多種優(yōu)點(diǎn)、優(yōu)勢的新型能源利用技術(shù)，文章對我國大型風(fēng)電技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析，對其應(yīng)用現(xiàn)狀、存在問題與未來展望進(jìn)行多角度闡述與總結(jié)，希望能夠幫助提高我國大型風(fēng)電技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用水平與效果。

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