風力發電技術論文

　　風力發電是一種清潔的、可再生的能源。下面小編整理了，歡迎閱讀!

　　篇一

　　風力發電技術

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

　　關鍵詞：風力發電技術

　　一、風力發電國內外發展現狀

　　1、 國外風力發電發展現狀

　　2012 年新增風電裝機容量最多的10 個國家佔世界風電裝機的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佔全世界的60%。根據世界風能協會的統計，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，佔全世界總電量的比例從2000 年的0.25%增加到2012 年的1.5%。儘管風電的發展仍然存在著很多困難，如電網適應能力、風能資源、海上風電發展等，但相比於常規能源，經濟性優勢逐步凸顯，世界各國都對風電發展充滿了信心。

　　2、 我國風力發電的現狀

　　我國的風力發電始於20世紀50年代後期，在吉林、遼寧、新疆等省建立了單臺容量在10kW以下的小型風力發電場，但其後就處於停滯狀態。直到1986年，在山東榮城建成了我國第一座併網執行的風電場後，從此併網執行的風電場建設進入了探索和示範階段，但其特點是規模和單機容量均較小。到1990年已建成4座併網型風電場，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座併網型風電場，裝機總容量為36.1MW，最大單機容量為500kW。1996年後，風力發電進入了擴大建設規模的階段，其特點是風電場規模和裝機容量均較大，最大單機容量為1500kW。據中國風能協會最新統計，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。

　　各種風力發電機的優缺點

　　風力發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;

　　發電機部分它將機械能轉換為電能。

　　根據風機這兩大部分採用的不同結構型別、以及它們分別採用的技術方案的不同特徵，再加上它們的不同組合，風力發電機組可以有多種多樣的分類。

　　***1*** 按照功率傳遞的機械連線方式的不同，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軸節將轉矩傳遞到發電機的傳動軸，聯軸節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，並且聯軸器可阻止機械裝置的過載。

　　而直驅型風機則另闢蹊徑，配合採用了多項先進技術，槳葉的轉矩可以不通過齒輪箱增速而直接傳遞到發電機的傳動軸，使風機發出的電能同樣能併網輸出。這樣的設計簡化了裝置的結構，減少了故障機率，優點很多，現多用於大型機組上。

　　***2*** 根據按槳葉接受風能的功率調節方式可分為：

　　“定槳距***失速型***機組”槳葉與輪轂的連線是固定的。當風速變化時，槳葉的迎風角度不能隨之變化。由於定槳距***失速型***機組結構簡單、效能可靠，在20 年來的風能開發利用中一直佔據主導地位。

　　“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範圍內***一般0-90度***調節變化，其效能比定槳距型提高許多，但結構也趨於複雜，現多用於大型機組上。

　　***3*** 按照葉輪轉速是否恆定可分為：

　　“恆速風力發電機組”設計簡單可靠，造價低，維護量少，直接併網;缺點是：氣動效率低，結構載荷高，給電網造成電網波動，從電網吸收無功功率。

　　“變速風力發電機組”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，電氣裝置的價格較高，維護量大。現常用於大容量的主力機型。

　　***4*** 根據風力發電機組的發電機型別分類，可分為兩大類：

　　“非同步發電機型” “同步發電機型”

　　只要選用適當的變流裝置，它們都可以用於變速執行風機。

　　非同步發電機按其轉子結構不同又可分為：

　　***a*** 籠型非同步發電機轉子為籠型。由於結構簡單可靠、廉價、易於接入電網，而在小、中型機組中得到大量的使用;

　　***b*** 繞線式雙饋非同步發電機轉子為線繞型。定子與電網直接連線輸送電能，同時繞線式轉子也經過變頻器控制向電網輸送有功或無功功率。

　　同步發電機型按其產生旋轉磁場的磁極的型別又可分為：

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

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

　　隨著經濟節約型社會的逐步推進，風能作為清潔的可再生能源，實現風力發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電機組佈置的分散性，要實現風電低成本、超大規模開發利用，作為其可靠、高效執行的關鍵技術，控制技術需要進行不斷地改進，並具有廣闊的研究前景。

　　三、風力發電機組控制系統構成

　　風力發電機組控制系統由本體系統和電控***總體控制***系統組成，本體系統包括空氣動力學系統、發電機系統、變流系統及其附屬結構;電控系統由不同的模組構成，主模組包括變槳控制、偏航控制、變流控制等，輔助模組則包括通訊、監控、健康管理控制等。而且，在本體系統與電控系統間實現系統的聯絡及訊號的變換。例如，空氣動力系統的槳距由變槳控制系統控制，保證了風能轉化的最大化，功率輸出的穩定等作用。風輪的自動對風及連續跟蹤風向引起電纜纏繞的自動解纜受偏航控制系統控制，分為主、被動迎風兩種模式，目前大型併網風電系統多采用主動偏航模式。變流控制常和變槳距系統結合，對變速恆頻的執行及最大額定功率進行控制。

　　根據風電機組不同的分類標準，可將機組控制系統分為不同種類。目前風力發電的主流機型主要是依據槳距特性，發電機型別等分類，通過技術不斷改進，控制系統由最先的定槳距恆速恆頻控制到變槳距恆速恆頻控制，隨之發展為變槳距變速恆頻控制。此外，據連線電網型別可將風電控制系統分為離網型和併網型，前者已步入大規模穩定發展階段。後者則成為現階段控制系統的主要發展方向。

　　1.變槳控制

　　變槳控制是風電機組控制系統的研究重點，其實際上即對功率的控制。相對於定槳距控制無法解決槳葉自動失速，功率不穩的問題，該系統通過改變槳距角，使得在低風速***即低於額定風速***時，風機處於最優的風能捕獲狀態，槳距保持為零，實現風能的最大利用率;在高風速***即高於額定風速***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

　　偏航系統又稱對風裝置，是風電機組特有的伺服控制系統，將風向改變的訊號經過一系列的控制系統程式，調整風輪與風向一致，保證了風電機組的平穩運轉，使得風能高效利用，進而大大降低發電成本並有效保護電機。作為隨動系統，連續跟蹤風向很可能造成電纜纏繞，偏航系統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，後者為主動迎風。

　　3.變流系統

　　變流系統採用全功率變流，完成風電機組輸出功率的變換與併網。現今併網系統包括直接併網、降壓併網、準同步併網、軟併網，而軟併網目前使用最普遍。

　　風電機組啟動時，變流控制原件實現風電機的併網，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，實現了電網有功功率與無功功率的靈活控制。

　　四、風力發電技術發展趨勢的展望

　　在我國大力發展以風能太陽能新發電方式為代表的電力系統成為長期的國策，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，要和國內整機廠結合起來大家要做。電網友好耗型的故障穿越式的技術是國產變流器必須解決的問題，國產化使我們國家整個技術水平上一個臺階。

　　五、風力發電前景的建議

　　1 做好風能資源的勘察

　　風資源的測定是發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緻準確的瞭解，為政府和風電的決策者合理地規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於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風力資源的勘察，認真調查確定可開發風電場的分佈和規模。

　　2 提高風電機組的製造技術

　　要提高我國風力發電應用的技術水平，需要不斷增進與發達國家的交流，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%的國產化率，必須在技術上佔領競爭制高點。《可再生能源法》規定：“國家將可再生能源開發利用的科學技術研究和產業化發展列為科技發展與高技術產業發展的優先領域，納入國家科技發展規劃和高技術產業發展規劃，並安排資金支援可再生能源開發利用的科學技術研究、應用示範和產業化發展，促進可再生能源開發利用的技術進步”。這一規定為風電技術進步創造了良好的契機。提高風電技術也是降低風電成本和上網電價的關鍵所在。

　　3 依託政策發展風電

　　2006年國家正式實施了《可再生能源法》，2008年，國家發改委印發了《可再生能源發展“十一五”規劃》。這些政策法規的出臺為風力發電的發展提供了制度上的支援，在具體的措施和規則上還要細化、規範、便於操作，使風電的發展穩步，快速的發展起來。

　　中國的風電發展迄今已經有30多年，取得了顯著進步。但由於基礎薄弱，風電發展的過程中面臨的技術落後、政策扶持不夠及上網電價高等諸多困難。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《可再生能源發展“十一五”規劃》的出臺，以及風電裝置的設計、製造技術方面不斷提高，風能利用必將為我國的環保事業、能源結構的調整做出巨大的貢獻。風電產業和相關的科研機構應該抓住這一契機，為風電的全面發展作一個系統可行的規劃，逐步解決風電發展中的困難，完善風電機制，在提高風電戰略地位的同時，早日使風電普及惠民。

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