风力发电技术的问题与探讨

文/杨建明,晋能清洁能源风力发电有限责任公司

风力发电技术的问题与探讨

文/杨建明,晋能清洁能源风力发电有限责任公司

风力发电是当前发展前景极为广阔的可再生能源发电，近年来，我国风力发电事业发展迅猛，对先进的风力发电技术的需求也日益急迫。

风力发电技术；问题；研究

引言

风力是一种绿色环保且可持续的新能源，尤其是在发电领域，风电在我国得到了快速发展，并已经成为传统发电方式的有效补充。随着风电事业的发展，我国风力发电技术也得到了长足的进步，但必须看到，我国风力发电系统技术还存在一定的缺陷与不足。

1 风力发电技术存在的问题

经过长期的发展，风力发电系统技术已经实现了现代化，并不断成熟与完善，大型发电机也越来越普及。但不可否认的是，虽然我国风力发电事业发展迅猛，社会效益和经济效益不断提升，但在技术上仍然存在一些亟待解决的问题。一是风电场建设规划的科学性有待于提高。我国风能丰富地区主要在东南沿海及西北地区，风能密度大，发电效率高，但并非所有地区都适合发展风电。尤其是在风速低的弱风地带，如何有效利用风能资源，还有待于技术的进步以及规划的科学。二是由于风速、风向变化剧烈，对风力机的性能提出了更高要求。目前我国大型风电场的发电机组还主要依靠近口，不仅成本高，而且在维护、检修方面也需要更多的专业人才。这些因素都对风电发展造成了制约。三是单机容量有待于提高。当前我国风力发电技术进步的标志之一就是单机容量正不断增大，但配套技术没有跟上，在结构动力学研究、电机设计、制造工艺及质量等方面，增加了运行及维护成本。四是并网技术有待于更新。目前我国风力发电并网技术水平的代表是河西电力网络采用的串补技术，走在了世界前列。

2 风力发电技术研究

2.1 风力预测技术

风力预测技术对于风力发电站选址、风力发电系统设计、电网建设等都具有十分重要的基础作用。由于风电输出功率与风速大小、风速变化密切相关，因此，在风力发电项目立项调查阶段，风力预测就必须进行。当前，风力预测技术主要有基于风力观测数据和气象模拟两种方法。前者主要是利用选址目标地区的长期气象数据，对数据进行线性或非线性处理，进而形成当地风力观测模式，并对今后时期的风力情况进行预测。这种方法的局限性在于必须拥有长期的、准确的历史观测记录，且精度较低，如果单独使用将可能对最终预测结果造成偏差，甚至会严重影响风力发电站建成之后的运行效益，造成资源浪费。后者则主要是运用现代气象预报技术，建立起当地风力情况的虚拟模型，对风力情况进行预测。这种预测方法目前已经成为风力预测的主流方法，被广泛运用于风力发电选址、风力发电系统设计、项目建设的全过程。

2.2 风力发电机组控制技术

风力发电机组控制技术主要集中于三个方面，即变桨控制、偏航控制和变流控制。控制技术与发电机组的发展密切相关，但其关键在于对功率、对风系统及功率变流的控制。变桨控制是针对变桨距机组技术，从而解决定桨叶自动失速、功率不稳等问题，从而使风轮自动适应风速的变化，对叶片空气动力转矩进行调节，实现风能的最大利用率。偏航控制是针对风向变化，使风轮自动调整与风向一致，从而使机组平稳运转。偏航控制的核心部件是偏航装置，根据不同的机组可以采用尾舵对风、侧风轮对风、伺服电机调向等。变流控制则是指采用全功率变流，完成风电机组输出功率的变换与并网，以控制输出功率，实现电网有功功率与无功功率的灵活控制。

2.3 海上风力发电技术

海上风机主要有四种类型，分别是单桩风机、重力式混凝土沉箱、多桩及吸力式风机。单桩风机在安装时需要较高的费用，因为单桩风机受到海底地质条件和海水深度的影响，安装设备较为专一。它一般安装在海底10米至20米的地方。重力式混凝土沉箱基础结构体积较大，造价相对比较低廉，稳定性和可靠性较高，在安装时需要进行海地测量准备。多桩基础，通常是为三脚桩适合在深海进行建造，它的桩径较小，钢管桩部通过灌浆技术与上部保持相连，但是这种结构在我国还没有成功安装过。最后一种是吸力式沉箱基础，它适合安装在砂性土及软粘土的地区，可以细分为单柱及多柱吸力式沉箱基础，单柱的安装费用要比多柱的相对较高。海上风电机组在控制原理是可靠、高效、安全。但是由于在海上，在对设备进行操作与维护时有诸多不便，这就需要控制系统更加安全可靠，靠远程进行监控并维护。在控制系统中采用了冗余技术，例如传感器、通信线路等都进行了备用方案就是为了使其更加可靠。采用智能化控制技术通过在线诊断技术、控制器等预先进行了解避免故障的发生。此外，还要进行优化设计，防雷防腐的各项保护技术。

2.4 高空风力发电技术

2.4.1 发电机悬置于空中的高空涡轮发电

发电机在空中的涡轮机型高空风能发电，受制于空中系统的重量和体积，发电规模难以做大。庞大的氦气球和涡轮机上升到高空不但要客服巨大的自重，安全性能和收集的风能也不是很理想。而且此类发电方式同样需要解决空中系统的稳定性难题及系统控制技术瓶颈问题。因此，发电机在空中的设计方案，目前看来并非高空风能发电的技术发展趋势。

2.4.2 发电机设置于地面的高空风筝型发电

高空风能发电的主流是发电机在地面的风筝型发电，空中风能采集部分主要是软体（由轻质高强度化纤材料组成），如意大利的K iteGen、美国的MakaniPower的高空风电技术。目前国际主流的风筝型高空风能发电技术，大多数空中系统的稳定性难题和空中系统控制技术瓶颈还没有完全得到有效解决。

3 结语

我国目前的经济发展速度飞快，同时也增加了对能源的需求量。由于风能是可再生的清洁能源中最重要的组成部分，因此对它的开发力度将日益加大。在此过程当中，风电技术的研发与进步显得尤为重要。在未来的发展中，我们将投入更多的人力和物力资源来支持风电行业的发展，加快对风电行业的基础设施建设和对技术方面的研究，优化我国的能源结构，为我国的经济发展和节能减排作出重要贡献。

[1]魏超.浅谈风力发电技术发展现状及趋势[J].科技创新与应用,2012，9(8).

[2]杜学忠.风力发电技术发展现状及关键问题分析[J].电气制造,2012，6(25).

[3]任丽蓉．我国风力发电现状及其技术发展[J].科技经济市场,2011，（04）．