风力发电技术发展及关键问题探究

兰江

摘要：随着我国社会经济的不断发展，对于能源、环境问题的重视程度也在逐渐增加，因为能源的可持续发展会有效带动我国社会经济和效率的发展，但是受到我国技术、经济、关注度等相关方面的影响，使得我国可再生能源发电技术与其他先进国家相比仍有较大的差距。文章对风力发电技术发展及关键问题进行了探究。

关键词：风力发电技术；绿色能源；可再生能源；电力系统；风电质量；机组控制 文献标识码：A

中图分类号：TM614 文章编号：1009-2374（2016）19-0070-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.033

影响我国风力发电技术发展的问题主要有风电质量、机组控制等方面的技术问题，需要我国技术人员不断加强研究，从政策扶持、产业化发展等方面进行分析以及加强对于其风电技术机组的效率、容量、机械结构等角度进行改善，使我国风力发电产业，逐渐向技术成熟、高容量、高参数的方向发展。

1 风力发电技术发展

1.1 我国风力发电现状

风力发电的原理主要是指利用风力带动风车叶片的旋转，经过增速机，使其旋转的速度提升，从而实现风力发电。我国虽然是风力资源占有率最高的国家，但是我国风力发电技术相对较晚。目前我国10m高度，风能资源总量是3226GW，陆上可开采的风能资源的总量约253GW，同时加上海上的风能资源，可以被开发利用的占到1200GW左右。

1.2 发展前景

由于我国处于优势地位，风能资源丰富，每年的平均风速达到3m/s左右的时间约为4000h，同时在西藏等地区风速可到达到7m/s左右，对此具有很大的开发的

空间。

1.3 风力发电技术研究

我国风力发电机组主要有发电土工原动力的风力机和风能电能转换的发电机两种，其中风力机采用的有常规型和新颖型两种。其技术发展特征主要表现在，风力发电的规模、单机容量正在不断扩大，在电力生产行业占据一定的地位；正在逐渐向着专业化和成熟化方向发展；风力发电技术的成本虽然高，但是日常运营费用却并不是很高。其中单机容量，从最初的55kW逐渐发展到了450kW，目前我国风电机组最大容量是6MW，更有专家向着单机容量10MW的风电机组进行研究，有效地促进了我国风电场建设的速度和经济效益。

功率调节的方式包括定桨距失速调节、变桨距调节、主动失速调节等，额定的风速是14m/s左右；不同的生产商和风力发电型号的额定功率不同，风轮控制的方式、转速控制的方式也不同。其中变速运行，其中风机从风能中，捕获到的功率的公式，即Pr=Cρ（β，λ）ρ╧πR2；λ=w╧R/Vw。式中：Pr表示风轮吸收的功率；ρ表示风的密度；R表示风轮的半径；λ表示叶尖的速比；w表示风轮转速；Cρ（β，λ）表示风能利用系数。同时变速运行，还具有高效率、吸收阵风能量、高系统效率、功率质量改善、运行噪声减少的优点。

当其大型并网风力发电组进行运行时，常会采用恒速恒频或是变速恒频的方式，使其发电机输出的频率保持一致。其中发电机组结构装置如图1所示：

2 风力发电技术的关键问题

2.1 风电质量问题

2.1.1 自然风资源虽然有着强大的能量，但是性质非常不稳定，风速的大小和方向都是经常变化的，从而直接影响其风电机组输出功率的稳定性。以往人们会通过风轮转动的惯量，来平衡风电机组的输出功率的稳定性。但是这种方法，其机组中的电力电子装置，会产生一定的谐波，使其输送到电网的电能功率下降，而要想提高机组向电网输送的电能质量，电力电子装置接口就要满足如下的要求：首先谐波电流要尽量低，同时要具备可控制的因素；其次发电机输出的电压，要与电网的电压变化相互适应，机组向其电网输出的功率，必须是稳定的；最后要满足其发电机组的转矩可控的要求。

2.1.2 我国风电机组的单机容量约为1.5MW，虽然单机容量发生了巨大的变化和进步，但是在知识系统方面还不完善；同时当其电网中并入容量达到额定的容量时，就会出现电压稳定性下降的情况；一旦电网出现故障，不稳定的电压会使其机组不能有效地向电网输送能量，使其保护动作切出电网，直接导致其电网的不稳定性，对此加强此方面的研究，保证其风电机组的电功率稳定是尤为重要的。

2.2 机械结构方面

我国风力机的结构方面，像桨叶采用的是美国的NANC系列，虽然具备一定的动力性能，但是受到风轮工况、风轮风速分布影响，使其风轮受力不均匀，在旋转时会反复的、不稳定性的变化，使其风力机组出现振动，产生一系列的噪音。

2.3 风电机组不能进行整机设计

我国风力发电技术的发展有效地促进了我国风电行业的发展，尤其是风力发电机组零件的生产相对成熟，但是与其他先进国家相比仍有较大的差距，同时在核心部件的生产中，并没有较大的进步，甚至集电环等部件，还需要从国外引进，导致我国风力发电机组并不能通过国产化的程序进行设计和安装；在其他方面，像风电机组的咨询、管理等方面，并没有成型的产业链，同时体系不完善，也直接阻碍了风力发电行业的发展。

2.4 安全性能不高

我国风力发电的技术研究起步较晚，在研究、应用和推广方面都有欠缺，导致其在并网、输送等方面的安全性不高，容易出现一系列的故障；而目前故障发生主要集中在风电机组的安装阶段，由于技术人员的专业技能水平不足，加上自身管理比较疏松，导致其安装环节技术不到位，经常出现脱网的情况；加强此方面的研究，避免其安全事故的发生，影响其风电机组的工作效率是非常有必要的，从而更好地促进我国电力行业经济效益的发展。

3 针对于关键问题所提出的对策

3.1 风电质量方面

针对于风电机组电功率不稳定的问题，可以采用超导储能技术，使其风力发电机组的输出电压和频率处于稳定的状态。其中超导储能技术也被称作SMES，是一种新型的柔性交流输电的新技术，该技术具有长寿命、高功率、高储能密度、无污染等优势，对于有功或是无功功率具有吸收和释放的作用，从而使其满足电力系统的需求，是我国风力发电的主要研究方向。

3.2 机械结构

改进机械结构的方法，可以从两方面进行调整：一方面可以改善机械的结构动力学的设计，从而更好地避免因为风力波动，对于机械结构负荷造成的影响，也会降低部件所受的应力、部件和整体机组的重量，使其成本有效降低；另一方面可以通过先进驱动系统的使用，将其主转动轴、齿轮箱等系统融为一体，将机组部件的数量进行减少，从而有效地提高传动系统的稳定性、安全性以及工作效率，同时也有效地降低了部件维修和安装的经济支出。

3.3 控制技术

针对于风力发电系统的不稳定性、易干扰等特点，目前常采用系统模型控制的措施，具有一定的局限性，因为其仅限于某个系统的指定周期使用，并不能很好地避免其能量转换中不同过程所发生的变化；加上风电机组常置于无人看管的地区且风力资源丰富的环境下，因此对于其控制系统的要求就会更高一些。采用自适应控制器，使其风电机组在较大范围内，功率系数可以得到有效的改善；工作的原理是通过对于系统的输入输出值进行测量，估计出控制过程中需要的参数，从而实现控制系统的调节和实现。虽然自适应的控制器与以往的PI控制器相比，在性能上有很大的进步，但是受到技术的影响，自身仍有一定的缺点，例如在估计实时参数时，自适应控制器需要一个固定的参考模型，但是这个参考模型，必须是准确的，由于准确参考模型的建立，是一个繁琐和复杂的过程，需要花费大量的时间，才能得到这个准确的数学模型；人们采用模糊逻辑为基础的智能控制技术，对于风力发电机组的电功率进行控制，从而更好地实现节约时间、高效的控制技术。

4 问题解决的途径

4.1 加强风电技术的研究

针对于风能密度的地区范围，可以采用功率调节的方式，从而更好地保证发电功率，使其发电机组不受到损害；在调节的过程中，可以借助定桨距失速型风机，使其功率得到有效控制；针对于不适合风力发电的地区，可以采用一定的储能技术，不仅实现了在不同环境下的电能利用，同时也适当地增加了机组的容量，对此加强此方面的研究，增加一定的技术支持是非常有必

要的。

4.2 可再生能源发展的政策建立

可再生资源与不同再生资源，对于我们国家乃至全世界来说，都是非常宝贵的资源，是推动国家发展的重要物质支持，从而更好地实现国家的可持续发展。对此加强可再生能源相关的保护政策的完善和实施是非常重要的，同时也只有能源政策的落实，才能加强对于能源开发和利用的保障。

4.3 促进风电技术的商业化发展

我国的风力发电虽然起步较晚、技术较为落后，但是我国政府对于其风力发电的重要性逐渐重视，其技术也在逐渐完善和成熟，逐渐向着商业化和产业化方向发展，而加强对于风电技术的商业化和产业化的发展，不仅可以增加其机组的容量，同时也能有效降低其成本，将其风电发电的价值增加，从而更好地促进风电技术的发展。

5 结语

综上所述，通过对于风力发电技术发展及关键问题的分析，发现可再生能源的发电技术，不仅是世界电力行业的主要发展和研究的对象，同时也是实现电力行业可持续发展的主要途径，从而更好地保护世界的生态环境。其中风力发电更是我国电力产业大力发展的新兴行业，风力发电技术也成为了近年来的新技术，但是我国的风力发电技术之所以会产生一系列的关键性的技术问题，与我国技术人员的专业技能水平、能源政策的建立完善、社会经济制度影响是分不开的，对此加强技术人员的实践经验、加强国外先近生产和安装技术的研究等是非常有必要的，从而更好地促进风力发电行业产业化、商业化的发展和推广。

参考文献

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论坛（下半月），2013，（12）.

[2]高剑.直驱永磁风力发电机设计关键技术及应用研究

[D].湖南大学，2013.

[3]刘晋.双馈风力发电系统控制策略研究[D].华北电力

大学，2014.

（责任编辑：王 波）