徐冬青

【摘 要】社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展伴隨著巨大的能源消耗，傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)面臨資源供給不足、環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題。風(fēng)能作為可再生新能源，可以有效緩解傳統(tǒng)能源的危機(jī)。風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)能的有效手段之一，正在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展，擁有廣闊的發(fā)展前景。論文首先闡述了風(fēng)力發(fā)電的原理與特點(diǎn)、系統(tǒng)組成和技術(shù)要點(diǎn)，在分析國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)的基礎(chǔ)上，展望了風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展。

【Abstract】Social and economic development is accompanied by tremendous energy consumption， the traditional energy industry is facing problems such as insufficient resource supply and serious environmental pollution. As renewable energy， wind energy can effectively relieve the traditional energy crisis. Wind power is one of the effective means of using wind energy， and it is developing rapidly in the world and has a broad development prospect. At first， this paper expounds the principle and characteristics of wind power， system composition and main technical points， based on the analysis of development at home and abroad on the basis of current situation and challenges， prospects the development of wind power industry.

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電；發(fā)展現(xiàn)狀；行業(yè)發(fā)展分析

【Keywords】 wind power generation； development status； industry development analysis

【中圖分類(lèi)號(hào)】TM614 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）12-0044-02

1 引言

能源產(chǎn)業(yè)支撐著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷向前發(fā)展，隨著能源消耗的日益增長(zhǎng)、社會(huì)環(huán)境意識(shí)的不斷提升，可再生新能源的開(kāi)發(fā)和利用受到了世界各國(guó)的普遍重視。風(fēng)能具有清潔、安全、可再生的特點(diǎn)，是重要的可再生新能源之一。風(fēng)力發(fā)電作為能源利用的重要手段，是對(duì)傳統(tǒng)能源發(fā)電的重要補(bǔ)充，可以有效緩解電力行業(yè)對(duì)煤炭、石油等傳統(tǒng)能源的依賴(lài)，實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)的能源結(jié)構(gòu)多樣化。再者，風(fēng)力發(fā)電也有利于環(huán)境和生態(tài)的保護(hù)，不同的發(fā)電形式都會(huì)對(duì)環(huán)境造成不同程度的影響，風(fēng)力發(fā)電相對(duì)于傳統(tǒng)能源發(fā)電，空氣污染近乎零，氣候改變也非常低，水質(zhì)污染以及野生動(dòng)物等方面影響也近乎零[1]。本文首先介紹了風(fēng)力發(fā)電的原理和特點(diǎn)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)類(lèi)型、風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)要點(diǎn)；然后分析了風(fēng)力發(fā)電的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)；最后展望了風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展前景。

2 風(fēng)力發(fā)電

2.1 風(fēng)電發(fā)電的原理和特點(diǎn)

風(fēng)力發(fā)電的過(guò)程就是把風(fēng)能經(jīng)由機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的過(guò)程，風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程由風(fēng)輪實(shí)現(xiàn)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程由風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。風(fēng)力進(jìn)入發(fā)電系統(tǒng)后便作為發(fā)電系統(tǒng)的輸入信號(hào)，通過(guò)風(fēng)力控制器輸出槳距角信號(hào)，調(diào)整機(jī)械轉(zhuǎn)矩和輸出功率。該機(jī)械功率接著被傳輸?shù)桨l(fā)電機(jī)中，轉(zhuǎn)化為電能后最終傳輸?shù)诫娋W(wǎng)中，完成了從風(fēng)能到電能轉(zhuǎn)化的全過(guò)程[2]。風(fēng)力發(fā)電的主要特點(diǎn)有：可再生清潔能源、建設(shè)周期短、裝機(jī)規(guī)模靈活、可靠性高、造價(jià)低、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、實(shí)際占地面積小、發(fā)電發(fā)電方式多樣化、單機(jī)容量小。

2.2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)類(lèi)型

2.2.1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組構(gòu)成，它通常包括風(fēng)輪機(jī)、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、發(fā)電機(jī)、自動(dòng)控制裝置以及支撐鐵塔等。常見(jiàn)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有：①恒速及感應(yīng)發(fā)電系統(tǒng)，目前使用最為廣泛。該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)包括結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、便于控制和后期維護(hù)，缺點(diǎn)是它不能有效控制無(wú)功補(bǔ)償、供電效率低；②變速恒頻雙饋式發(fā)電系統(tǒng)，在電力生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)在于穩(wěn)定性好、易于控制、不需要無(wú)功補(bǔ)償、風(fēng)力利用效率高和生產(chǎn)安全成本低，劣勢(shì)是發(fā)電系統(tǒng)本身成本高、后期維護(hù)較為復(fù)雜；③變速同步發(fā)電系統(tǒng)。該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性好、無(wú)需無(wú)功補(bǔ)償并且適應(yīng)性好，然而它還處于應(yīng)用摸索階段，系統(tǒng)中部分設(shè)備造價(jià)偏高，因此目前的應(yīng)用不是很廣泛。

2.2.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的類(lèi)型

風(fēng)力發(fā)電機(jī)種類(lèi)繁多，有不同的分類(lèi)方法。常見(jiàn)的分類(lèi)有，按發(fā)電容量劃分[3]，一般劃分為：小型機(jī)（0.1～1000 W）、中型機(jī)（1～1000 kW）、大型機(jī)（1～10 MW）和巨型機(jī)（>10 MW）；按葉片數(shù)量分，可以分為單葉片、雙葉片、三葉片、四葉片和多葉片；按風(fēng)輪軸的安裝方式劃分，一般劃分為水平軸和垂直軸；按槳葉工作原理分，可以分為升力型和阻力型。

2.3 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

基于電網(wǎng)運(yùn)行的現(xiàn)狀和大規(guī)模開(kāi)發(fā)風(fēng)電的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益考慮，風(fēng)電場(chǎng)輸出功率可控性的提高，是目前風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的重要發(fā)展方向。另外，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展的主要問(wèn)題包括風(fēng)電質(zhì)量、機(jī)械結(jié)構(gòu)和機(jī)組控制。針對(duì)風(fēng)電質(zhì)量問(wèn)題，可以使用超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)穩(wěn)定風(fēng)電發(fā)電機(jī)組的輸出電壓和頻率；在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，一是可以改善機(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，另外也可以使用先驅(qū)系統(tǒng)；在控制技術(shù)上，目前常采用系統(tǒng)模型控制，但也有一定的局限性。為了更好地解決這些問(wèn)題，在未來(lái)我們需要加強(qiáng)風(fēng)電技術(shù)的研究，根據(jù)可再生能源發(fā)展政策，促進(jìn)風(fēng)電技術(shù)在商業(yè)化發(fā)展中得到更好的應(yīng)用[。endprint

3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)

3.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

目前，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)在全球掀起了一股發(fā)展熱潮。德國(guó)、美國(guó)、丹麥和荷蘭是世界上風(fēng)能利用最好、發(fā)展最好、技術(shù)也比較先進(jìn)的四個(gè)國(guó)家。從全球風(fēng)電裝機(jī)容量來(lái)看，近年來(lái)全球新增裝機(jī)容量有所增加，2012-2016年的年平均復(fù)合增長(zhǎng)率為5%。2016-2017年，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)依然強(qiáng)勁，中國(guó)等亞洲國(guó)家對(duì)于風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的政策扶持會(huì)進(jìn)一步熱化風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，預(yù)計(jì)2017年全球風(fēng)電新增容量將近6萬(wàn)MW。根據(jù)新能源振興規(guī)劃，預(yù)計(jì)到2020年我國(guó)風(fēng)機(jī)裝機(jī)總量將達(dá)到1.5億kW，將超過(guò)電力總裝機(jī)總量的10%。

3.2 我國(guó)風(fēng)力發(fā)電面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

我國(guó)是風(fēng)力資源豐富的國(guó)家之一，我國(guó)的風(fēng)力資源主要分布在“三北”地區(qū)（東北三省、內(nèi)蒙古、甘肅、青海和新疆等）、東南海沿海地區(qū)和內(nèi)陸局部地區(qū)，這些地區(qū)可開(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能儲(chǔ)量約2億kW，占全國(guó)可利用儲(chǔ)量的80%?，F(xiàn)階段，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電的規(guī)模還在不斷增大，也就意味著風(fēng)力發(fā)電在我國(guó)電力資源中的比例在不斷增加。在國(guó)家政策鼓勵(lì)支持下，我國(guó)的風(fēng)電技術(shù)取得了一定的成果，但是和國(guó)際先進(jìn)水平相比較，還存在一定的差距。其中風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用中的很多關(guān)鍵技術(shù)被國(guó)外少數(shù)企業(yè)壟斷，阻礙了風(fēng)力發(fā)電的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。因此，需要對(duì)目前的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)不斷完善，在技術(shù)上不斷創(chuàng)新?lián)碛凶灾髦R(shí)產(chǎn)權(quán)。從風(fēng)力發(fā)電的成效上看，我國(guó)很多建成的風(fēng)電場(chǎng)處于閑置狀態(tài)，輸出電能利用率較低。造成風(fēng)電“發(fā)得出、送不出”的情況的主要原因是風(fēng)電入網(wǎng)問(wèn)題。因?yàn)槲覈?guó)風(fēng)能資源主要分布區(qū)域也是電網(wǎng)分布較弱的地區(qū)，因此風(fēng)力發(fā)電面臨著電網(wǎng)不堪重負(fù)的問(wèn)題。這需要統(tǒng)籌協(xié)調(diào)電力規(guī)劃，同時(shí)也需要技術(shù)突破降低入網(wǎng)成本?？偠灾?，我國(guó)目前的風(fēng)力發(fā)電還有很大的發(fā)展空間，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究也至關(guān)重要。

4 風(fēng)力發(fā)電行業(yè)發(fā)展展望

隨著煤炭、石油、天然氣等不可再生資源的日益短缺以及這些傳統(tǒng)資源在使用過(guò)程中導(dǎo)致的環(huán)境污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重，可再生新能源的開(kāi)發(fā)在能源產(chǎn)業(yè)中顯得尤為重要。風(fēng)力發(fā)電是目前可再生能源開(kāi)發(fā)利用的重要方式之一，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日趨成熟，未來(lái)發(fā)展前景十分廣闊。

首先，對(duì)于大型的陸上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，未來(lái)的單機(jī)容量會(huì)不斷增大，風(fēng)機(jī)的高度也在不斷上升，產(chǎn)出效率也會(huì)不斷增加。

其次，未來(lái)小型的風(fēng)力發(fā)電行業(yè)預(yù)計(jì)會(huì)迅速發(fā)展。中小型風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)成本低，相對(duì)于常規(guī)電力優(yōu)勢(shì)明顯。目前需要克服的主要問(wèn)題是無(wú)風(fēng)期間不能供電，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，可以在發(fā)電機(jī)組配備少量蓄電池，同時(shí)風(fēng)力發(fā)電組還可以和其他動(dòng)力源聯(lián)合使用，比較常見(jiàn)的聯(lián)合方式有風(fēng)力-柴油發(fā)電、風(fēng)力-太陽(yáng)能電池發(fā)電等[4]。

另外，海上風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)規(guī)模極大，同時(shí)風(fēng)險(xiǎn)也極高，備受各國(guó)關(guān)注，正在掀起研究和投資熱潮，預(yù)計(jì)到2020年，海上風(fēng)電裝機(jī)將達(dá)到3000萬(wàn)kW。我國(guó)海上風(fēng)能資源豐富，東部沿海地區(qū)具有開(kāi)發(fā)風(fēng)電的非常好的條件。

【參考文獻(xiàn)】

【1】汪旭旭，劉毅，江娜，等. 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展綜述[J].電氣開(kāi)關(guān) 2013， 51（3）：16-19.

【2】蘭江.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展及關(guān)鍵問(wèn)題探究[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)， 2016（19）：70-72.

【3】賈宏新，張宇，王育飛，等.儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 可再生能源，2009，27（6）：10-15.

【4】李濱波，段向陽(yáng).風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)[J].湖北電力， 2007，31（6）：54-55.endprint