风电机风能利用率研究(国内外同类型技术对比分析报告)

国内外同类型技术对比分析报告一、国内风能利用研究概况：风能与其他能源相比有着明显的优点：储量巨大，可以再生，分布广泛，没有污染。风能和阳光一样，是取之不尽、用之不竭的可再生能源；风力发电不会出现燃料不足的问题，不会产生辐射或二氧化碳，也就不会产生空气污染。因此，合理利用风能既可减少环境污染，又可减轻能源短缺的压力。

在我国，约20%的国土上具有比较丰富的风能资源，其主要分布在东南沿海及其附近岛屿，以及西北、华北和东北地区，特别是新疆和内蒙古的风能资源极为丰富。目前我国风能利用发展很快，无论是发展规模还是发展水平都比以前有很大提高。风能作为一种无污染、可再生且运行成本低廉的新能源，在我国有着巨大的发展潜力和广阔的市场前景。虽然我国风电产业发展形势很好,但风电设备制造业较为薄弱。与国外一些发达国家相比，我国风能开发无论是在技术、规模、水平上还是在发展速度上，都存在较大差距。发电设备国产化水平低成为我国风电产业化的主要障碍。

强大的风电设备制造业是风电产业发展的重要基础。德国、西班牙、荷兰、丹麦、美国等国的经验表明，风电产业的发展无一例外都以雄厚的技术实力和强大的风电设备制造业为支撑。然而，由于长期投入不足，我国风电设备生产厂家生产规模相对较小，集约化程度较低，产品质量不是很稳定，经济效益也比较低。同时，风电产业本地化制造比例较低，难以降低工程造价，不能及时提供备件。

高成本、高价格是制约风电技术商业化和推广应用的最大障碍。与同类技术相比，风电设备生产成本比化石燃料要高得多。成本居高不下的原因有很多，生产规模小是其中一个重要原因。目前国产风电设备的能量转化效率比较低，要提高转化率，就需要增加系统的复杂性，但由此又会导致成本增加。机组容量大型化是风能开发和应用的共同趋势。在上世纪80年代，风力机群以50千瓦～100千瓦机组为主，其后逐步发展扩大，从300千瓦、500千瓦、600千瓦到750千瓦机组都有生产，现在正在发展1000千瓦～3000千瓦机组。机组大型化有利于降低造价，提高运行可靠性；缺点是机组越大重量也越大，给风电机组的运输和安装带来一定困难，同时还可能导致风电机组造价的上升。

尽管风电机组技术近年来有了长足的进步，但是从技术商业化程度看，风电机组寿命较短，难以保证技术使用寿命达到20年，因而有必要改进所有部件的可靠性。这可以通过风机系统的优化设计、选用更好的材料和先进的控制装置等措施来实现。这样的改进不仅可以减轻设备的负荷，还可以减轻风机的重量。

规模化开发既是降低成本、提高效益的途径，也是保障开发利用可靠性的有效举措。二、国外风能利用研究概况：风能是人们所看好的、发展前景相当可观的可再生能源。然而，风能也面临着利用率或效率方面的问题，导致此问题的因素在于风能自身存在的易变性。在风速稳定的情况下，风力发电机的空气动力性能表现极佳。然而，在遇到阵风、湍流和风剪流时，风力发电机叶片的效率则会出现降低情况。对此，科学家在不断努力，帮助大型风力发电机组在不同风力条件下提高风能的利用率。三、智能控制系统可大大提高风能利用率美国雪城大学L.C.史密斯工程和计算机学院部分研究人员正在进行这方面的研究工作。目前，他们正在测试自己开发的主动式风流动智能控制系统。该系统的基本出发点是根据表面测量而估算流过叶片表面风的状况，然后将此信息传递给智能控制器，以便对叶片采取实时调整控制气流和提高风力发电机系统的整体效率。此举还有可能降低因流动分离而产生的过度噪音和叶片振动。参与研究的人员包括王冠南英译、巴斯曼·哈迪迪和马克·格劳泽尔，他们完成的初期仿真结果显示，对叶片1/2半径以外的外侧板施以气流控制，能在风力发电机额定功率输出相同的情况下，显著地增大风力发电机整体工作范围；或者说，在相同的工作范围，可适当地提高风力发电机的额定输出功率。

美国能源部支持的明尼苏达大学风能联盟专门从事与风能相关的研究，雪城大学的主动风流动智能控制系统研究属于联盟整体工作的组成部分。身为机械和航空工程教授的格劳泽尔表示，很高兴能参与明尼苏达大学牵头的具有世界水平的风能研究联盟，这是将在气流智能控制系统方面的专业知识用于可再生能源领域的极好机会。四、排骨状V形槽能将效率提高3%在雪城大学研究人员研究风力发电机气流智能控制系统的同时，明尼苏达大学的科研人员则在研究影响风能效率的另外一个问题，那就是风阻。他们在风力发电机叶片上开凿许多细小的凹槽了解是否能够减少风阻。凹槽分布在叶片表面外层上，槽身十分浅只有40至225微米，人眼根本看不出来。通过对发电能力为2.5兆瓦的风力发电机叶片表面进行风洞试验以及计算机模拟，研究人员研究了不同凹槽形状和凹槽走向的效果。研究人员罗格·阿恩德等人相信，排骨状V形槽将能够将风力发电机的效率提高3%。在不久前举行的美国物理学会流体力学分部会议上，雪城大学和明尼苏达大学的研究人员分别介绍了他们的研究情况。研究人员认为，在采用气流控制后，风力发电机的工作范围可以有效地提高80%，额定功率输出不变；或者将额定输出功率增加20%，工作范围保持不变。他们表示，最佳的气流控制部位为叶片外侧板超出半径一半的位置。借助雪城大学新落成的无回