风电技术现状及发展趋势

1、风电技术现状及发展趋势 Current Situation and Developing Trend of Wind Power TechniqueThe paper mainly discusses the current situation and developing trend of wind power technique.Abstract: Key wwordds: aneemo-eleectrric genneraatorr ； currrennt ssituuatiion ； ddeveeloppingg trrendd 0 引言风电古老而而现代，但但之所以以到近代代才得以以发

2、展，是是因为在在这方面面存在许许多实际际困难。主主要表现现在：（11）风本本身随机机性大且且不稳定定，对其其资源的的准确测测量与评评 估存存在误差差；（22）风速速大小、风风力强弱弱、风的的方向都都随时间间在变化化，设计计制造在在不同风风况下都都能保持持稳定运运行的风风电系统统，并使使其风电电输出功功率效率率高且理理想平滑滑 十分分困难；（3）风风为间歇歇式能源源，有功功功率与与无功功功率都将将随风速速的变化化而变化化，在与与电网连连接时，需需要考虑虑输出功功率的波波动对地地区电网网的影响响。此外外，在降降低制 造成本本和运行行维护费费用的前前提下如如何提高高系统运运行的安安全性与与可靠性性、

3、如何何延长 HYPERLINK /fan 风风力发电电机的寿寿命以及及改善系系统储能能措施使使其容量量更大、体体积更小小、效率率更高且且寿命更更长等问问题上尚尚有待于于得到更更完善的的解决。 1 风力力发电技技术发展展现状现代风力发发电系统统由风能能资源、 HYPERLINK /fan 风力发电机组、控制装置及检测显示装置等组成。 HYPERLINK /fan 风力发电机组是风电系统的关键设备，通常包括风轮机、发电机、变速器及相应控制装置，用来实现能量的转换。完整的并网风力发电系统结构示意图见图1。 率曲线比较较 长期以来风风力发电电系统主主要采用用恒速恒恒频发电电方式（ Connstaant

4、 Speeed Connstaant Freequeencyy 简称称CSCCF）和和变速恒恒频发电电方式（VVariiablle SSpeeed CConsstannt FFreqquenncy 简称VVSCFF）两种种。恒速恒频发发电方式式，概念念模型通通常为“恒恒速风力力机 +感应发发电机”，常常采用定定桨距失失速或主主动失速速调节实实现功率率控制。在在正常运运行时，风风力机保保持恒速速运行，转转速由发发电机的的极数和和齿轮箱箱决定。由由于风速速经常变变化，功功率系数数Cp不可能能保持在在最佳值值，不能能最大限限度地捕捕获风能能，效率率低。变速恒频发发电方式式, 概概念模型型通常为为“变

5、速速风力机机+变速速发电机机（双馈馈异步发发电机或或低速永永磁同步步发电机机）”，采采用变桨桨距结构构，启动动时通过过调节桨桨距控制制发电机机转速；并网后后，在额额定 风风速以下下，调节节发电机机反转矩矩使转速速跟随风风速变化化以保持持最佳叶叶尖速比比从而获获得最大大风能；在额定定转速以以上，采采用变速速与桨叶叶节距的的双重调调节限制制风力机机获取的的能量 以保证证发电机机功率输输出的稳稳定性。前者结构简简单、运运行可靠靠，但其其发电效效率较低低，而且且由于机机械承受受应力较较大，相相应的装装置成本本较高。后后者可以以实现不不同风速速下高效效发电从从而使得得系统的的机械应应 力和和装置成成本都

6、大大大降低低。两者者运行功功率曲线线比较如如图 33所示。可可以看出出，采用用变速恒恒频发电电方式, 能在在风速变变化的情情况下实实时调节节风力机机转速，使使之始终终在最佳佳转速上上运行，捕捕获最大大风能 2 。 2 风力力发电技技术发展展趋势 新型材料的的运用， 设计水水平的提提高以及及控制技技术的改改进都将将使得风风电机组组功率曲曲线不断断改善，运运行可靠靠性不断断提高，自自动化程程度不断断加深。结结构简单单、容量量大、稳稳定性和和适应性性好、发发电效率率高、寿寿命长、智智能化程程度高及及发电成成本低皆皆是未来来的风电电机组不不断的追追求。德国、丹麦麦、西班班牙、英英国、荷荷兰、瑞瑞典、印

7、印度、加加拿大等等国进行行了大量量的投资资，对风风电系统统中各项项技术展展开研究究。总的的来说发发展趋势势具体呈呈现如下下几个方方面。 2.1 风电场场的选址址风力大小与与地形、地地理位置置及风轮轮机安装装的高度度等因素素有关。所所以，风风电场的的选址将将直接影影响对风风能资源源的评估估利用。由由于风电电技术日日趋成熟熟，现今今的风电电场选址址也将逐逐步呈现现如下的的几个趋趋势。 （）由强强风带向向弱风带带过渡启动风速低低，轻风风启动、微微风发电电，能够够实现对对广大的的低风速速资源的的开发，增增加 HYPERLINK /fan 风机机的年发发电时间间，从而而最大限限度地捕捕获风能能，最大大限

8、度地地挖掘风风能资源源。 （） 由由平坦地地形向复复杂地形形扩展不同的地形形、地貌貌会影响响风的正正常流动动，有的的使风加加速、有有的则使使风减速速，有利利地势与与地形的的选择将将会增加加风电的的产出。 （）由陆陆地向海海上迁移移与陆地上风风电场相相比，海海平面十十分光滑滑，因此此，风速速较大，且且具有稳稳定的主主导风向向，允许许安装单单机容量量更大的的 HYPERLINK /fan 风机，可可实现高高产出 3-4 。 2.2 风电机机组技术术当前风电机机组的主主要发展展方向是是质量更更轻，结结构更具具有柔性性，直接接驱动和和变速恒恒频等。从从目前的的发展趋趋势来看看，以水水平轴、上上风向、三

9、三叶片的的升力型型机组为为主流的的风电机机组中，具具有如下下特点。 （1）变桨桨距调节节方式将将会逐步步取代定定桨距失失速调节节方式变桨距调节节能够按按最佳参参数运行行，额定定风速以以下具有有较高的的风能利利用系数数，功率率曲线饱饱满；额额定风速速以上功功率输出出稳定，不不会造成成发电机机超负荷荷；较定定距失速速式整机机受力状状况得到到改善，而而且年发发电量大大。（2）变速速运行方方式将会会取代恒恒速运行行方式变速运行，在在低风速速时能够够调节发发电机反反转矩以以使转速速跟随风风速变化化，从而而保持最最佳叶尖尖速比以以获得最最大风能能；高风风速时能能够利用用风轮转转速的变变化存储储或释放放部分

10、能能量，从从而提高高传动系系统的柔柔性，使使得功率率输出更更加平稳稳，以获获得最大大功率产产出。（3）直驱驱式的市市场份额额会越来来越大直接驱动可可省去齿齿轮箱，减减少传动动链能量量损失，减减少停机机时间、发发电成本本和噪声声，降低低了维护护费用，提提高了风风电转换换效率和和可靠性性。（4） HYPERLINK /fan 风力力发电机机无刷化化无刷化可提提高系统统的运行行可靠性性，实现现免维护护，提高高发电效效率。（5）大型型 HYPERLINK /fan 风机系统统和小型型 HYPERLINK /fan 风机系统统并列发发展在开发大型型机的同同时还重重视小型型机。用用于海洋洋时 ,在景观观、

11、噪声声等方面面的问题题不突出出, 适适于采用用数MWW的大型型机组；当受地地形、系系统等外外部条件件限制时时,应用用小型机机较有利利。（6）并网网大型化化与离网网分散化化互补运运行发展中国家家，雪原原、孤岛岛、偏僻僻地区等等电网较较小 ,仍旧适适用于离离网分散散型电力力系统3，55 。 2.3 风电机机组的并并网用同步发电电机发电电是今天天最普遍遍的发电电方式，变变频器的的使用解解决了 HYPERLINK /fan 风风机转速速和电网网频率间间的耦合合问题。通通过对变变频器电电流的控控制，就就可以控控制发电电机转矩矩，从而而控制风风力机的的转速，使使之运行行在最佳佳状态。相相同条件件下，同同步

12、电机机比异步步电机调调速范围围更宽。异异步电机机的并网网技术主主要有：直接并并网、准准同期并并网、降降压并网网、捕捉捉式准同同步快速速并网、软软并网方方式等2 。 3 风电电前沿据连线杂杂志20006年年10月月11日日报道，意意大利科科学家对对一种新新型的风风筝 HYPERLINK /fan 风力力发电机机寄予厚厚望，它它看上去去就像一一晾衣架架如图44，但却却具有成成本低，发发电量大大的优点点，其发发电能力力有可能能与传统统核电站站相媲美美。 美国专利商商标局于于20006年66月200日也公公布了 HYPERLINK /fan 风风力发电电机结构构方面的的重要发发明专利利：“一一个共轴轴

13、多叶轮轮的 HYPERLINK /fan 风力力发电机机”（图图6）；英国 quiietrrevooluttionn 公司司研制出出了垂直直型民用用 HYPERLINK /fan 风力发发电机 QR555 （图图5），适适用于风风速低，风风向变化化频繁的的地区；据南方方日报220066年111月122日报道道，我国国广州中中科恒源源能源科科技有限限公司自自主研制制的全永永磁悬浮浮 HYPERLINK /fan 风力发发电机顺顺利实现现了产业业化，使使得微风风发电成成为可能能。 美国麻省理理工研究究人员最最新设计计出一种种新型风风力涡轮轮机（图图7），可可固定在在离海岸岸较远的的漂浮平平台上，使

14、使得海上上漂浮风风车发电电成为可可能。澳大利亚悉悉尼工学学院的布布赖恩罗伯茨茨教授提提出了一一种利用用高空射射流发电电的大胆胆想法，此此飞行发发电机（FFEG）能能够象超超级大风风筝一样样悬浮在在 45500137700mm的高空空射流中中（一种种围绕着着地球的的速度极极快的气气流），最最高时速速达 3320kkm/hh 的射射流将会会带动FFEG上上的转轴轴，从而而产生电电流。 4 结论论 风电可再生生，且清清洁无污污染，对对保护环环境，改改善能源源结构具具有重要要意义。在在地球温温室效应应日益严严重及全全球性能能源危机机的今天天，应加加大投资资力度，加加快研究究、设计计和生产产的步伐伐，促进进风电事事业的快快速发展展。 参 考 文文 献 1王承承煦.风风力发电电实用技技术MM.北北京:金金盾出版版社，119955 .2叶杭杭冶. HYPERLINK /fan