風力發(fā)電技術論文

　　風力發(fā)電是一種清潔的、可再生的能源。下面小編整理了風力發(fā)電技術論文，歡迎閱讀!

　　風力發(fā)電技術論文篇一

　　風力發(fā)電技術

　　摘要：隨著世界能源的日趨匱乏和科學技術的飛速發(fā)展，加之人們對環(huán)境保護的要求，人們在努力尋找一種能替代石油、天然氣等能源的可再生、環(huán)保、潔凈的綠色能源。風能是當前最有發(fā)展前景的一種新型能源，它是取之不盡用之不竭的能源，還是一種潔凈、無污染、可再生的綠色能源。風能的利用，從風車到風力發(fā)電，證明了文明和科學進步。綠色和平組織和歐洲風能協(xié)會2002年提出了《風力2012》報告，報告中指出到2020年，世界風力發(fā)電將達到世界電力總需求量的12%，我國電力發(fā)展“十一五”發(fā)展綱要中也指出，中國的風力發(fā)電將占世界風力發(fā)電總量的14%。風力發(fā)電與火力發(fā)電和水力發(fā)電比較，具有單機容量小、可分散建設等優(yōu)點。隨著國家對能源需求和環(huán)保要求力度的不斷加大，風力發(fā)電的優(yōu)勢和經(jīng)濟性、實用性等優(yōu)點也必將顯現(xiàn)出來。

　　關鍵詞：風力發(fā)電技術

　　一、風力發(fā)電國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

　　1、 國外風力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

　　2012 年新增風電裝機容量最多的10 個國家占世界風電裝機的87%。與2007 年相比，美國保持第1 名，中國超過西班牙從第3 名上升到第2 名，印度超過德國和西班牙從第5名升至第3 名，前3 名的國家合計新增裝機容量占全世界的60%。根據(jù)世界風能協(xié)會的統(tǒng)計，2012 年全世界風電裝機容量新增約2726 萬kW，增長率約為29%。累計達到1.21 億kW，增長率為42%，突破1 億kW 大關。風電總量為2600 億kWh，占全世界總電量的比例從2000 年的0.25%增加到2012 年的1.5%。盡管風電的發(fā)展仍然存在著很多困難，如電網(wǎng)適應能力、風能資源、海上風電發(fā)展等，但相比于常規(guī)能源，經(jīng)濟性優(yōu)勢逐步凸顯，世界各國都對風電發(fā)展充滿了信心。

　　2、 我國風力發(fā)電的現(xiàn)狀

　　我國的風力發(fā)電始于20世紀50年代后期，在吉林、遼寧、新疆等省建立了單臺容量在10kW以下的小型風力發(fā)電場，但其后就處于停滯狀態(tài)。直到1986年，在山東榮城建成了我國第一座并網(wǎng)運行的風電場后，從此并網(wǎng)運行的風電場建設進入了探索和示范階段，但其特點是規(guī)模和單機容量均較小。到1990年已建成4座并網(wǎng)型風電場，總裝機容量為4.215MW，其最大單機容量為200kW。在此基礎上，風力發(fā)電從1991年起開始步入了逐步推廣階段，到1995年，全國共建成了5座并網(wǎng)型風電場，裝機總容量為36.1MW，最大單機容量為500kW。1996年后，風力發(fā)電進入了擴大建設規(guī)模的階段，其特點是風電場規(guī)模和裝機容量均較大，最大單機容量為1500kW。據(jù)中國風能協(xié)會最新統(tǒng)計，2007年中國除臺灣省外新增風電機組3，144 臺。與2006 年相比，2007年當年新增裝機增長率為145.8%，累計裝機增長率為126.6%。2007年中國除臺灣省外累計風電機組6，458臺，裝機容量5，890MW。

　　各種風力發(fā)電機的優(yōu)缺點

　　風力發(fā)電機組主要由兩大部分組成：

　　風力機部分它將風能轉換為機械能;

　　發(fā)電機部分它將機械能轉換為電能。

　　根據(jù)風機這兩大部分采用的不同結構類型、以及它們分別采用的技術方案的不同特征，再加上它們的不同組合，風力發(fā)電機組可以有多種多樣的分類。

　　(1) 按照功率傳遞的機械連接方式的不同，可分為“有齒輪箱型風機”和無齒輪箱的“直驅型風機”。

　　有齒輪箱型風機的槳葉通過齒輪箱及其高速軸及萬能彈性聯(lián)軸節(jié)將轉矩傳遞到發(fā)電機的傳動軸，聯(lián)軸節(jié)具有很好的吸收阻尼和震動的特性，可吸收適量的徑向、軸向和一定角度的偏移，并且聯(lián)軸器可阻止機械裝置的過載。

　　而直驅型風機則另辟蹊徑，配合采用了多項先進技術，槳葉的轉矩可以不通過齒輪箱增速而直接傳遞到發(fā)電機的傳動軸，使風機發(fā)出的電能同樣能并網(wǎng)輸出。這樣的設計簡化了裝置的結構，減少了故障幾率，優(yōu)點很多，現(xiàn)多用于大型機組上。

　　(2) 根據(jù)按槳葉接受風能的功率調節(jié)方式可分為：

　　“定槳距(失速型)機組”槳葉與輪轂的連接是固定的。當風速變化時，槳葉的迎風角度不能隨之變化。由于定槳距(失速型)機組結構簡單、性能可靠，在20 年來的風能開發(fā)利用中一直占據(jù)主導地位。

　　“變槳距機組”葉片可以繞葉片中心軸旋轉，使葉片攻角可在一定范圍內(nèi)(一般0-90度)調節(jié)變化，其性能比定槳距型提高許多，但結構也趨于復雜，現(xiàn)多用于大型機組上。

　　(3) 按照葉輪轉速是否恒定可分為：

　　“恒速風力發(fā)電機組”設計簡單可靠，造價低，維護量少，直接并網(wǎng);缺點是：氣動效率低，結構載荷高，給電網(wǎng)造成電網(wǎng)波動，從電網(wǎng)吸收無功功率。

　　“變速風力發(fā)電機組”氣動效率高，機械應力小，功率波動小，成本效率高，支撐結構輕。缺點是：功率對電壓降敏感，電氣設備的價格較高，維護量大。現(xiàn)常用于大容量的主力機型。

　　(4) 根據(jù)風力發(fā)電機組的發(fā)電機類型分類，可分為兩大類：

　　“異步發(fā)電機型” “同步發(fā)電機型”

　　只要選用適當?shù)淖兞餮b置，它們都可以用于變速運行風機。

　　異步發(fā)電機按其轉子結構不同又可分為：

　　(a) 籠型異步發(fā)電機轉子為籠型。由于結構簡單可靠、廉價、易于接入電網(wǎng)，而在小、中型機組中得到大量的使用;

　　(b) 繞線式雙饋異步發(fā)電機轉子為線繞型。定子與電網(wǎng)直接連接輸送電能，同時繞線式轉子也經(jīng)過變頻器控制向電網(wǎng)輸送有功或無功功率。

　　同步發(fā)電機型按其產(chǎn)生旋轉磁場的磁極的類型又可分為：

　　(a) 電勵磁同步發(fā)電機轉子為線繞凸極式磁極，由外接直流電流激磁來產(chǎn)生磁場。

　　(b) 永磁同步發(fā)電機轉子為鐵氧體材料制造的永磁體磁極，通常為低速多極式，不用外界激磁，簡化了發(fā)電機結構，因而具有多種優(yōu)勢。 　　二、相關風力發(fā)電控制技術

　　隨著經(jīng)濟節(jié)約型社會的逐步推進，風能作為清潔的可再生能源，實現(xiàn)風力發(fā)電也越來越受到人們關注。然而面對風況的可變性(鋒速的大小、方向的隨機性)以及風電場中風力發(fā)電機組布置的分散性，要實現(xiàn)風電低成本、超大規(guī)模開發(fā)利用，作為其可靠、高效運行的關鍵技術，控制技術需要進行不斷地改進，并具有廣闊的研究前景。

　　三、風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)構成

　　風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)由本體系統(tǒng)和電控(總體控制)系統(tǒng)組成，本體系統(tǒng)包括空氣動力學系統(tǒng)、發(fā)電機系統(tǒng)、變流系統(tǒng)及其附屬結構;電控系統(tǒng)由不同的模塊構成，主模塊包括變槳控制、偏航控制、變流控制等，輔助模塊則包括通訊、監(jiān)控、健康管理控制等。而且，在本體系統(tǒng)與電控系統(tǒng)間實現(xiàn)系統(tǒng)的聯(lián)系及信號的變換。例如，空氣動力系統(tǒng)的槳距由變槳控制系統(tǒng)控制，保證了風能轉化的最大化，功率輸出的穩(wěn)定等作用。風輪的自動對風及連續(xù)跟蹤風向引起電纜纏繞的自動解纜受偏航控制系統(tǒng)控制，分為主、被動迎風兩種模式，目前大型并網(wǎng)風電系統(tǒng)多采用主動偏航模式。變流控制常和變槳距系統(tǒng)結合，對變速恒頻的運行及最大額定功率進行控制。

　　根據(jù)風電機組不同的分類標準，可將機組控制系統(tǒng)分為不同種類。目前風力發(fā)電的主流機型主要是依據(jù)槳距特性，發(fā)電機類型等分類，通過技術不斷改進，控制系統(tǒng)由最先的定槳距恒速恒頻控制到變槳距恒速恒頻控制，隨之發(fā)展為變槳距變速恒頻控制。此外，據(jù)連接電網(wǎng)類型可將風電控制系統(tǒng)分為離網(wǎng)型和并網(wǎng)型，前者已步入大規(guī)模穩(wěn)定發(fā)展階段。后者則成為現(xiàn)階段控制系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。

　　1.變槳控制

　　變槳控制是風電機組控制系統(tǒng)的研究重點，其實際上即對功率的控制。相對于定槳距控制無法解決槳葉自動失速，功率不穩(wěn)的問題，該系統(tǒng)通過改變槳距角，使得在低風速(即低于額定風速)時，風機處于最優(yōu)的風能捕獲狀態(tài)，槳距保持為零，實現(xiàn)風能的最大利用率;在高風速(即高于額定風速)時，改變攻角變化，降低葉片空氣動力轉矩，又能達到調節(jié)速度、限制功率的目的。減小風速、風向可變性對機組的影響。因相應的風輪特性的不同，變槳控制分為主動和被動控制。

　　2.偏航控制

　　偏航系統(tǒng)又稱對風裝置，是風電機組特有的伺服控制系統(tǒng)，將風向改變的信號經(jīng)過一系列的控制系統(tǒng)程序，調整風輪與風向一致，保證了風電機組的平穩(wěn)運轉，使得風能高效利用，進而大大降低發(fā)電成本并有效保護電機。作為隨動系統(tǒng)，連續(xù)跟蹤風向很可能造成電纜纏繞，偏航系統(tǒng)也具有自動解纜的功能。同樣對應不同的風電機組，應用不同的偏航裝置，分為尾舵對風、側風輪對風、伺服電機或調向電機調向，前兩者為被動迎風，后者為主動迎風。

　　3.變流系統(tǒng)

　　變流系統(tǒng)采用全功率變流，完成風電機組輸出功率的變換與并網(wǎng)?，F(xiàn)今并網(wǎng)系統(tǒng)包括直接并網(wǎng)、降壓并網(wǎng)、準同步并網(wǎng)、軟并網(wǎng)，而軟并網(wǎng)目前使用最普遍。

　　風電機組啟動時，變流控制原件實現(xiàn)風電機的并網(wǎng)，在正常工作中，變流控制單元又要接受主控器的命令，控制輸出功率，實現(xiàn)了電網(wǎng)有功功率與無功功率的靈活控制。

　　四、風力發(fā)電技術發(fā)展趨勢的展望

　　在我國大力發(fā)展以風能太陽能新發(fā)電方式為代表的電力系統(tǒng)成為長期的國策，新能源電力不遠將來成為我國電力建設不可缺少的部分，隨著洋品牌不斷降價，整機廠介入，新一輪競爭越來越激烈，要和國內(nèi)整機廠結合起來大家要做。電網(wǎng)友好耗型的故障穿越式的技術是國產(chǎn)變流器必須解決的問題，國產(chǎn)化使我們國家整個技術水平上一個臺階。

　　五、風力發(fā)電前景的建議

　　1 做好風能資源的勘察

　　風資源的測定是發(fā)揮風電作用的前提基礎，因此將來應該在這方面增大投入，對我國實際的風資源在總體上有細致準確的了解，為政府和風電的決策者合理地規(guī)劃風電提供正確的指導。為進一步摸清風能資源狀況，必須加快開展風能資源的普查工作。這方面，不僅需要有關部門籌集一定資金用于加大風力資源勘測工作的投入，各地也要自籌資金開展本地區(qū)風力資源的勘察，認真調查確定可開發(fā)風電場的分布和規(guī)模。

　　2 提高風電機組的制造技術

　　要提高我國風力發(fā)電應用的技術水平，需要不斷增進與發(fā)達國家的交流，學習其先進技術，只有清楚彼此差距，才能不斷提升我國的風電技術水平。我國提出，到2010年風電裝機要有80%的國產(chǎn)化率，必須在技術上占領競爭制高點?！犊稍偕茉捶ā芬?guī)定：“國家將可再生能源開發(fā)利用的科學技術研究和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展列為科技發(fā)展與高技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展的優(yōu)先領域，納入國家科技發(fā)展規(guī)劃和高技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，并安排資金支持可再生能源開發(fā)利用的科學技術研究、應用示范和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，促進可再生能源開發(fā)利用的技術進步”。這一規(guī)定為風電技術進步創(chuàng)造了良好的契機。提高風電技術也是降低風電成本和上網(wǎng)電價的關鍵所在。

　　3 依托政策發(fā)展風電

　　2006年國家正式實施了《可再生能源法》，2008年，國家發(fā)改委印發(fā)了《可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》。這些政策法規(guī)的出臺為風力發(fā)電的發(fā)展提供了制度上的支持，在具體的措施和規(guī)則上還要細化、規(guī)范、便于操作，使風電的發(fā)展穩(wěn)步，快速的發(fā)展起來。

　　中國的風電發(fā)展迄今已經(jīng)有30多年，取得了顯著進步。但由于基礎薄弱，風電發(fā)展的過程中面臨的技術落后、政策扶持不夠及上網(wǎng)電價高等諸多困難。隨著政府和民眾對風電的逐步認識、《可再生能源法》正式實施和《可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》的出臺，以及風電設備的設計、制造技術方面不斷提高，風能利用必將為我國的環(huán)保事業(yè)、能源結構的調整做出巨大的貢獻。風電產(chǎn)業(yè)和相關的科研機構應該抓住這一契機，為風電的全面發(fā)展作一個系統(tǒng)可行的規(guī)劃，逐步解決風電發(fā)展中的困難，完善風電機制，在提高風電戰(zhàn)略地位的同時，早日使風電普及惠民。

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