趙彥濤

（中國電建集團河北工程有限公司，河北 石家莊050030）

0 引 言

近年來，我國推廣綠色與節(jié)能發(fā)展，積極應(yīng)用可再生能源，特別關(guān)注風(fēng)能和風(fēng)力發(fā)電。我國地理優(yōu)勢明顯，風(fēng)能受影響范圍廣、持續(xù)時間長且經(jīng)濟效益顯著。風(fēng)力發(fā)電是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的一種方式，具有清潔環(huán)保的優(yōu)點，符合我國節(jié)能減排政策和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。當(dāng)前電力消耗不斷增長，為滿足需求并減少對環(huán)境的污染，合理應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電技術(shù)變得重要。文章旨在分析研究新能源發(fā)電項目中的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，進一步提升其實用性和適用性，同時呼吁相關(guān)企業(yè)合理采用電力技術(shù)提高風(fēng)力發(fā)電水平，拓展生產(chǎn)規(guī)模，提升運營效益。

1 新能源發(fā)電項目中的風(fēng)力發(fā)電原理及關(guān)鍵技術(shù)分析

1.1 新能源發(fā)電項目中的風(fēng)力發(fā)電原理

我國充分利用地理優(yōu)勢和廣闊的風(fēng)能資源，在積極推廣風(fēng)力發(fā)電技術(shù)方面取得了顯著成效。風(fēng)力發(fā)電是一種環(huán)保清潔的能源轉(zhuǎn)換方式，通過捕獲風(fēng)的動力來驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機發(fā)電。這種發(fā)電方式具有可再生性和經(jīng)濟性，為滿足不斷增長的電力需求提供了可靠的解決方案。此外，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用有助于減少對環(huán)境的污染，符合我國節(jié)能減排政策和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機組、轉(zhuǎn)子葉片、塔架以及變頻器等組成[1]。當(dāng)風(fēng)經(jīng)過轉(zhuǎn)子葉片時，葉片受到風(fēng)的沖擊轉(zhuǎn)動，驅(qū)動發(fā)電機組內(nèi)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子與發(fā)電機內(nèi)部的磁場相互作用產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并通過變頻器將其轉(zhuǎn)換為交流電。這些電能經(jīng)過逆變器和變壓器的處理，進入電網(wǎng)供應(yīng)給用戶使用。

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵在于高效利用風(fēng)能資源。為了提高風(fēng)能的轉(zhuǎn)換效率，研究人員不斷優(yōu)化葉片設(shè)計、提升轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和改進發(fā)電機技術(shù)。同時，風(fēng)力發(fā)電場地的選擇至關(guān)重要，需要根據(jù)地理條件、風(fēng)速分布和環(huán)境影響等因素進行綜合考慮，以確保最大限度地捕捉和利用風(fēng)能資源。隨著技術(shù)的不斷進步和成本的降低，風(fēng)力發(fā)電已成為可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。相關(guān)企業(yè)在新能源發(fā)電項目中應(yīng)該合理應(yīng)用電力技術(shù)，提升風(fēng)力發(fā)電水平，以適應(yīng)不同規(guī)模和運營需求。同時，加強對風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究和創(chuàng)新，進一步提高其實用性和適用性，對于推動我國能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1.2 新能源發(fā)電項目中的風(fēng)力發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)分析

1.2.1 風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)

風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)是指利用氣象數(shù)據(jù)和風(fēng)場測量數(shù)據(jù)，預(yù)測未來一定時間內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機組的輸出功率。風(fēng)力發(fā)電的可靠性和經(jīng)濟性取決于風(fēng)能資源的有效利用，而風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)的應(yīng)用可以幫助運營者和管理者更好地規(guī)劃和管理風(fēng)力發(fā)電場。風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)通?；跀?shù)學(xué)模型和統(tǒng)計方法，結(jié)合歷史風(fēng)速數(shù)據(jù)、氣象預(yù)報數(shù)據(jù)、風(fēng)場實測數(shù)據(jù)等多種信息進行分析和預(yù)測。這些方法可以根據(jù)不同的時間尺度（如小時、日、季度）對風(fēng)力發(fā)電機組的輸出功率進行預(yù)測，從而幫助決策者合理安排發(fā)電計劃，優(yōu)化發(fā)電調(diào)度和電網(wǎng)運行。

在風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)中，常用的方法包括統(tǒng)計方法（如時間序列分析、回歸分析）、機器學(xué)習(xí)方法（如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機、決策樹）、物理模型方法等。這些方法根據(jù)不同的數(shù)據(jù)特征和預(yù)測要求，采用不同的算法和模型進行預(yù)測。對于復(fù)雜的風(fēng)力發(fā)電場，可以采用多模型集成的方法，整合多個預(yù)測模型的結(jié)果，提高預(yù)測的準(zhǔn)確性和可靠性。應(yīng)用風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)可以幫助風(fēng)電場管理者進行有效的運維和調(diào)度決策，減少因風(fēng)速波動引起的電力波動，提高風(fēng)力發(fā)電的可預(yù)測性和可靠性。預(yù)測結(jié)果可以用于優(yōu)化電力市場交易、制定電力計劃、規(guī)劃維護以及檢修工作等。此外，風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)可以提供準(zhǔn)確的風(fēng)能預(yù)測信息，為電網(wǎng)調(diào)度和能源系統(tǒng)規(guī)劃提供參考，促進可再生能源的高比例接入和能源轉(zhuǎn)型的可持續(xù)發(fā)展。隨著數(shù)據(jù)采集技術(shù)和算法的不斷發(fā)展，風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)將繼續(xù)完善和創(chuàng)新，提高預(yù)測的準(zhǔn)確性和可靠性，進一步促進風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展，推動清潔能源的應(yīng)用和可持續(xù)發(fā)展的實現(xiàn)。

1.2.2 風(fēng)電機組功率調(diào)整

風(fēng)電機組功率調(diào)整是指根據(jù)電力系統(tǒng)需求和風(fēng)能資源情況，對風(fēng)力發(fā)電機組的輸出功率進行調(diào)整和控制。由于風(fēng)速的變化和電力系統(tǒng)的需求波動，風(fēng)力發(fā)電機組需要根據(jù)實際情況進行功率調(diào)整，保持電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，并最大限度地利用可再生能源。在風(fēng)力發(fā)電場中，功率調(diào)整可以通過控制風(fēng)力發(fā)電機組的葉片角度、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速或發(fā)電機負荷來實現(xiàn)。當(dāng)電力系統(tǒng)需求增加時，可以調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機組的工作參數(shù)，以提供更多的功率輸出；反之，當(dāng)電力系統(tǒng)需求減少或風(fēng)速較弱時，可以降低風(fēng)力發(fā)電機組的功率輸出[2]。這樣可以確保風(fēng)力發(fā)電機組與電力系統(tǒng)之間的供需平衡，并確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

功率調(diào)整需要考慮多個因素，如電力系統(tǒng)的負荷變化、風(fēng)速預(yù)測、電力市場要求以及風(fēng)力發(fā)電機組的響應(yīng)能力等。為了實現(xiàn)精確的功率調(diào)整，通常使用風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)預(yù)測風(fēng)力發(fā)電機組的輸出功率，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果和實際需求進行調(diào)整控制。此外，可以結(jié)合電力系統(tǒng)的調(diào)度策略和運行模式，通過智能化的控制系統(tǒng)對風(fēng)力發(fā)電機組進行協(xié)調(diào)調(diào)度，以實現(xiàn)最佳的功率調(diào)整效果。風(fēng)電機組功率調(diào)整的目標(biāo)是最大限度地利用風(fēng)能資源，同時滿足電力系統(tǒng)的需求，保持電網(wǎng)的平衡和穩(wěn)定運行。通過有效的功率調(diào)整，可以提高風(fēng)力發(fā)電的可預(yù)測性和可靠性，減少因風(fēng)速波動引起的電力波動，進一步推動清潔能源的應(yīng)用和可持續(xù)發(fā)展。

隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和控制系統(tǒng)的不斷進步，風(fēng)電機組功率調(diào)整的精度和響應(yīng)速度將得到進一步提升，有助于實現(xiàn)更高比例的可再生能源接入電力系統(tǒng)，推動能源轉(zhuǎn)型和低碳經(jīng)濟的發(fā)展。

1.2.3 并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是將風(fēng)力發(fā)電機組產(chǎn)生的電能與電力系統(tǒng)進行連接和交互，以供應(yīng)可再生能源電力給電網(wǎng)和用戶使用的系統(tǒng)。其主要目標(biāo)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，并將其可靠地輸送到電力系統(tǒng)，以滿足電力需求和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)通常包括風(fēng)力發(fā)電機組、變壓器、電纜、電力傳輸線路以及電力系統(tǒng)連接點等組件。風(fēng)力發(fā)電機組通過轉(zhuǎn)動的葉片將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能，并通過發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能，隨后通過變壓器將發(fā)電機產(chǎn)生的低壓電能升壓為適合輸送到電網(wǎng)的高壓電能。電力傳輸線路和電纜將高壓電能從風(fēng)電場輸送到電力系統(tǒng)連接點，從而將風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的電能與電力系統(tǒng)連接。

并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)存在多個問題需要解決。例如，風(fēng)速的變化導(dǎo)致發(fā)電功率波動，致使風(fēng)力發(fā)電存在波動性和不確定性。為了平穩(wěn)地將風(fēng)力發(fā)電注入電網(wǎng)，需要采用風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)和功率控制策略，實現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電機組輸出功率的調(diào)整和控制。

2 新能源發(fā)電技術(shù)的實踐應(yīng)用

2.1 在新能源電動汽車中的應(yīng)用

自2021 年1 月1 日起，新核準(zhǔn)的陸上風(fēng)電項目全面實現(xiàn)平價上網(wǎng)，為分布式風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的發(fā)展帶來了重要機遇。在這種背景下，將小型風(fēng)力發(fā)電機應(yīng)用于新能源電動汽車是一次創(chuàng)新突破，具有重要的節(jié)能環(huán)保意義。以A 企業(yè)的新能源汽車改造為例，他們選擇了垂直軸風(fēng)力發(fā)電機作為車載發(fā)電機，以利用其占用空間小、可多角度受風(fēng)、啟動風(fēng)速低和維護簡便等優(yōu)勢。車載磁懸浮垂直軸風(fēng)力發(fā)電機技術(shù)參數(shù)如表1 所示。一臺功率為50 W 的磁懸浮垂直軸風(fēng)力發(fā)電機被安裝在新能源電動汽車前端進氣格柵后，盡管車載發(fā)電機功率較小，但由于其輕巧和緊湊的設(shè)計，非常適合安裝于汽車。同時，利用磁懸浮技術(shù)，發(fā)電機能夠長時間工作，雖然功率較低，但發(fā)電效果可觀。

表1 車載磁懸浮垂直軸風(fēng)力發(fā)電機技術(shù)參數(shù)

這種分布式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在新能源電動汽車領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用意義。通過將小型風(fēng)力發(fā)電機集成到汽車中，可以利用行駛過程中的風(fēng)能發(fā)電，為車輛提供額外的電力支持。這不僅可以提高電動汽車的續(xù)航里程和降低充電頻率，還可以減少對傳統(tǒng)電網(wǎng)的依賴，提升整體的能源利用效率。同時，風(fēng)力發(fā)電是一種清潔的能源形式，也為實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)做出了重要貢獻。

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與新能源電動汽車的成功結(jié)合帶來了多重優(yōu)勢[3]。第一，延長了電動汽車的充電周期和行駛里程，提升了續(xù)航能力，滿足用戶對長時間駕駛和遠程出行的需求。第二，這種結(jié)合積極響應(yīng)國家政策，提高了能源利用效率，實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。第三，大力推動了分布式離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展，促進了能源供給側(cè)和需求側(cè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整。這種結(jié)合為可持續(xù)發(fā)展和能源轉(zhuǎn)型做出了重要貢獻。

2.2 在船舶上的應(yīng)用

根據(jù)船舶不同的航行狀況和不同的運行特點，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在船舶上的應(yīng)用形式多種多樣。

2.2.1 風(fēng)力發(fā)電驅(qū)動船舶

風(fēng)力發(fā)電驅(qū)動船舶的結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。以風(fēng)能作為能量來源，通過船舶上的水平軸風(fēng)力機實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電，用于推動船舶行駛或為船舶供電。與陸上風(fēng)力發(fā)電相似，該系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機、與發(fā)電機相連的變壓器和連接到變壓器輸出端的電動機組成[4]。風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的電能供給電動機運轉(zhuǎn)，從而提供動力推動船舶。這種方式具有顯著的節(jié)能效果，無廢氣排放，特別適用于長期有風(fēng)的內(nèi)河和沿海地區(qū)的小型船舶。通過利用自然風(fēng)能進行發(fā)電，不僅可以減少對傳統(tǒng)能源的依賴，降低船舶運營成本，而且對環(huán)境保護具有積極作用。這種風(fēng)力發(fā)電船舶應(yīng)用技術(shù)的推廣和發(fā)展為可持續(xù)能源利用和船舶行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型提供了重要支持。

圖1 風(fēng)力發(fā)電驅(qū)動船舶的結(jié)構(gòu)

2.2.2 船舶風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)

利用太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)進行互補發(fā)電和儲能，通過逆變轉(zhuǎn)化設(shè)備將儲存的電能供給船舶，可滿足其日常生產(chǎn)和生活用電需求。該系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機、太陽能電池板、風(fēng)力發(fā)電控制器、光伏發(fā)電控制器、蓄電池組、離網(wǎng)逆變器以及風(fēng)光互補發(fā)電的安全監(jiān)測控制裝置等組件組成。圖2 展示了上海某世博游輪的風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)。風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)可以分為獨立式系統(tǒng)、并網(wǎng)式系統(tǒng)和混合式系統(tǒng)，具體取決于系統(tǒng)是為負載提供獨立用電還是向電網(wǎng)供電，亦或是同時使用發(fā)電機[5]。該系統(tǒng)尤其適用于海上工程船在長時間作業(yè)、處于風(fēng)能和光能豐富的偏遠地區(qū)且缺乏岸電供應(yīng)的情況，可為船舶提供可靠的電力來源，減少了對傳統(tǒng)能源的依賴，同時降低了船舶運營成本，實現(xiàn)了節(jié)能減排和環(huán)境保護目標(biāo)。

圖2 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 為該漂浮式水上風(fēng)力發(fā)電船的結(jié)構(gòu)。船上設(shè)有豎直塔架，由多個楔型導(dǎo)風(fēng)罩排列成多排并相互連接，使得發(fā)電船能夠有效吸收隨機和間歇的陣風(fēng)能量，并將其轉(zhuǎn)化為水的壓力能。通過這種方式發(fā)電船能夠?qū)崿F(xiàn)高功率輸出，達到幾十兆瓦甚至一百兆瓦以上。該船舶沒有復(fù)雜的齒輪箱、電控系統(tǒng)、變頻器以及逆變器等設(shè)備，具備移動式電力供應(yīng)平臺的特點。

漂浮式水上風(fēng)力發(fā)電船的結(jié)構(gòu)設(shè)計使其具有靈活性和適應(yīng)性，能夠應(yīng)對不同風(fēng)速和風(fēng)向條件下的發(fā)電需求。其簡化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)降低了維護和運營成本，提高了可靠性和可持續(xù)性。這種創(chuàng)新的發(fā)電船型為海上風(fēng)能資源的開發(fā)提供了一種有效的解決方案，并為移動電力供應(yīng)場景提供了新的可能。

3 結(jié) 論

為了滿足可持續(xù)發(fā)展的要求，合理利用風(fēng)力發(fā)電技術(shù)成為推動我國電力行業(yè)和社會經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵任務(wù)。需要關(guān)注風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，不斷提升發(fā)電技術(shù)水平，增強發(fā)電系統(tǒng)的綜合效益，為我國電力行業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供有力支持并保障其穩(wěn)定運行。在未來的研究和發(fā)展中，應(yīng)該持續(xù)致力于改進和優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，以滿足日益增長的電力需求，實現(xiàn)經(jīng)濟、環(huán)境和社會的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。