关于新能源发电风力发电技术的探讨

张伟

摘 要 目前全世界已经开始建立有效的环境意识，各国之间已经达成了一些协议，以解决所有工业发展所造成的污染问题。为了重视新能源的开发和利用，一些新的清洁能源走进了我们的生活。其中，风能作为一种清洁的可再生能源，可以缓解全球变暖和能源短缺的问题，仍然是一种很有前途的能源生产工具，因此对风能技术的分析和研究具有重要的现实意义。

关键词 风力发电 新能源 电力系统

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2021）12-0029-02

随着民用煤、石油等各类常规的化学能源的大量枯竭，社会迫切需要新的可再生能源，这或许也是目前世界上各国高度重视可再生能源开发和综合利用的重要原因。风力发电过程是将风能经过转化后成为一种机械驱动能，再和其他机械驱动能转化后成为其他电能的结合过程。风能发电系统作为工业风能系统重要的组成部分，直接影响到整个工业风能系统的使用性能和运行效率。[1]变频风力发电关键技术不仅是目前风力发电的先进关键技术，也必将是未来我国风力发电关键技术的发展趋势。

1 风力发电技术的基本发电原理

风力发电主要用途是将传统风能发电转化成为风力机械化产能进行发电，再将风能转化后的风力机械化产能发电转化成为电动机产能。在实际工作使用过程中，风电机会直接驱动整个风力机组的叶片高速旋转。在反向旋转转动过程中，助推器可以用于自动加速风力电动机铲的反向旋转转动速度，从而有效地帮助推动风力发电机进行发电。风力发电中心所使用的发电设备可以划分为三个子部分：大型风力发电涡轮机、发电机和风力塔架。将风能驱动转化成机械驱动能最重要驱动方式就是驱动风轮，它主要由两个或多个齿轮传动轴承所组成。如果风机叶片内部受到平台风的压力影响，叶片上会迅速产生惰性气体，促进平台风轮的快速旋转，为了有效保证平台风机运行塔架是一个可以覆盖整个平台风机的整体框架，风机在实际安装使用运行过程中必须及时进行塔架安装。在适当调整固定风塔运行高度时，必须充分考虑实际工作环境中风塔地面上的障碍物对机塔风速的直接影响，以及控制风机驱动叶片的叶轮实际旋转直径，以便确保风力发电机的主要机械功能，也就是指使风轮在受到风的运动影响产生恒定旋转速度后，由涡轮增速器驱动传递能量给风力发电机使其均匀运行，最后通过发电机将机械能量转化为机械电能。

2 风力发电的现状以及技术应用优势

2.1 风力发电的现状

21世纪是可再生能源的世纪，风能已成为各国家的一种重要发电形式。风能资源丰富，价格相对低廉，它可以大规模获得而且不会污染环境，中国在发展风力发电方面取得了很大进展。中国的风力发电区主要位于北部、西北部和东北部的戈壁沙漠和其他地区。这些地方缺乏煤炭资源和常规能源，春季和冬季风速相对较高，夏季雨水較少。风能和水电正成为本世纪更重要的自然资源，中国地理环境复杂，一些地区风能资源丰富，更适合风能的开发，如江西的鄱阳湖地区和湖北的铜山地区。近年来，中国加快了风电场的建设和发展，风力涡轮机等新能源生产行业具有广阔的发展前景，未来将保持高速发展的长期趋势。

2.2 风力发电技术应用优势

风能发电技术的广泛应用还具有许多新的优点，风能发电技术的发展应用越来越广泛，发展优势主要体现在以下几个方面：一是风能发电技术的综合经济应用优势。在目前风能发电技术的实际发展应用中，风电资源成本下降相对较快，有的甚至接近于燃煤风力电站的实际发电使用成本，逐渐成为经济优势。如果我国风力发电量每年翻一番，成本将在15小时内大幅降低，风力发电量快速增长将一直保持在30小时以上，再随之加上丰富的大型风能发电资源，未来利用风能发电技术及其应用的综合经济效益优势将更加重要。二是风电项目前期建设持续时间短，效益好。风力发电建设项目相对较快，可以解决电力的紧急需求。风能发电技术的广泛应用已经可以在偏远地区和农村贫困地区建立独立供电，西部农村地区广大且分散，在清洁能源的发展需求以及节约减排方面充分发挥着积极的推动作用，有助于满足这些农村地区全体人民对清洁能源经济发展的需求。三是应用新型风能发电技术可以提高综合应用效益。目前从实际应用风能发电技术的总体综合经济效益分析来看，风能技术属于清洁再生能源，不会对人类生态环境健康产生任何负面影响。风电开发机组的生产建设技术水平不断稳步提高，生产成本进一步明显降低。[2]

3 风力发电技术

3.1 风力发电系统的类型

有三种常见的风力涡轮机，包括恒速感应系统、两次馈电的变速恒频系统和变速同步发电系统。发电过程易于控制，后期维护投资低，然而这种类型的系统不能有效地控制无功补偿，这使得供电效率非常低。这种系统的优点是发电稳定性高、控制简单、无功补偿、成本低、风能转换性能高，然而，这种类型的系统更加复杂，使得维护更加困难。变速同步发电仍处于试验阶段，成本很高。目前应用不多，但该系统具有功率盲补偿、稳定性高的优点，具有很高的潜力。

3.2 对电力系统的影响

3.2.1 对电能质量的影响

由气流运动引起的短期风速速度波动以及风力电网涡轮机的长期运行运动特性等等，都会直接影响风力电网的长期电能供应质量。首先，它通常会直接影响动力频率，而在风力发电系统中的这种主动力频率波动通常会被转变成一种电磁波。由于电机的惯性，控制系统难以跟上电磁功率的电流变化，从而改变发电机的转速和系统的频率。此外，风能也会对电压产生影响：联网风力涡轮机的功率流状况会导致电压波动，且输出电流的频率范围在电压有效（25Hz）范围内，因此会导致电压闪变，最终产生和谐电压和谐波电能。

3.2.2 对电网稳定性的影响

在电网薄弱的情况下，风能的波动会导致瞬时电压损失、频繁中断或风力涡轮机的故障运行。故障排除后，发电机磁化率和滑动比的增加将消耗大量的无功功率，导致电压恢复困难。

3.2.3 对调频和调峰能力的影响

气流的长期和持续季节性径向运动可能导致的持续风速升高持续时间通常为数小时，这种长期的风速波动将增加现有电网的调频和调峰压力。负荷持续曲线的峰值持续时间通常可以对应于美国风力发电的负荷峰值持续时间。风电场并网发电有效扩大了等效风力负荷的电流峰值差，显著提高了风力电网的高压调频和交流调峰运行能力。[3]

3.3 风电与储能设备并网可行性分析

风力发电是不确定的，在一个时间段内，风力发电系统产生的电网功率就有可能远远大于整个电网的给定负载力，而在另一个时间段内，风力发电系统产生的电网功率则有可能远远小于电网负载力。在这两个关键时期，风力发电的总量和发电量扩大已经完全足够，随着现代科学信息技术的不断发展，储能技术日益成熟，容量发电规模逐渐扩大。将多种储能发电装置技术集成应用到传统风电储能电网中，可以有效地克服传统风能的不安全因素，提高电网供电的节能安全性和供电可靠性，储能装置可以发挥调频的作用，使机组功率稳定。

3.4 发展趋势

1.加强技术研发，确保最大限度地利用风能。今后要进一步加快风能技术的研究开发，不断提高风力发电效率。在选择发电方式时，要因地制宜地采取相应的发电方式，根据所选择地区的实际情况，比如风力较强的地方，风能密度普遍较高，风能强度相对较大，因此可以调整功率的发电方式，这样可以在风力较弱时调整功率，确保风机的安全。此外，不同地区选用的风机也有所不同，一般来说，在风密度相对较高的情况下，可以选择永久安装的变桨立式风机。由于该新型风机机体结构相对简单，投资相对较低，可在整个风力发电运营过程中有效率地控制风力发电。在一些自然风力相对较弱的特殊地方，可以自由选择使用发动机加大功率，这也就意味着风机可以同时储存大量风能，然后有效地再利用。目前，这项创新技术还需要不断地进行研究和重新开发，根据不同的发电环境生产不同的风机，以最大限度地利用风能。[4]

2.增加发动机容量-解决资源浪费问题。由于对能源的需求不断增加，且單位容量相对较低，许多地区将生产各种发电机以满足这一需求。今后，我们应着眼于此，在满足电力需求的前提下，减少成本投资和资源使用。

4 结语

由于各种风电场工程中风力发电场的传统性能公式是不完全确定的，按传统负荷公式处理各种风电场传统性能的数学方法在一定程度上已经解决了各种风电场的负荷处理传统方法，但没有直接考虑各种风电场物理性能的随机性，因此，相关领域科学家可以使用不同的量子科学和传统数学方法一起来进行讨论和统计分析各种风电场。

参考文献：

[1] 高敵.基于新能源发电风力发电技术的探讨[J].科技创新与应用，2018（30）：137-138.

[2] 包那顺，吉力根.对新能源发电风力发电技术的探讨[J].建筑工程技术与设计，2020（31）：2077.

[3] 赵亚鹏.基于新能源发电风力发电技术的探讨[J].建筑工程技术与设计，2018（34）：2479.

[4] 邱欢.关于新能源发电风力发电技术的探讨[J].科技风， 2020（25）：135-136.