风力发电技术的发展及若干问题

梁翠绵 刘海晨 陈大明

摘要：随着地球环境日益恶化，人类面临的环境问题愈来愈严峻，利用、开发绿色可再生能源替代原来的化石能源，减少二氧化碳的排放量，保护地球环境，已成为大势所趋。风力发电由于具有清洁、环境效益好、可再生、装机规模灵活、运维成本低等优点，受到广泛应用，风力发电技术也得以快速发展。本文对风力发电技术存在的若干问题进行分析，提出风力发电技术发展策略。

关键词：风力发电技术;发展;问题;措施

1风力发电技术原理

风力发电的工作原理：风动能→机械动能→电能，属于再生能源开发的范畴。具体来说，即通过风轮转动将风能转化为机械能，再由机械能带动发电机组产生电能并进行输出，最后传上电网，涉及空气动力、电机、智能控制、机械、力学、材料等多个领域的相关技术。风力发电具有节能、可持续、环保等特点，是一种绿色、可再生的清洁能源。常规的风力发电系统主要包括风轮、传动结构、控制装置、发电机、支撑结构等。从发电机组系统结构细分，又可分为恒速及感应发电、变速恒频双馈式发电、变速同步发电三种类型，这三种类型在不同领域均发挥重要作用。在传统化石能源大量使用导致全球气温变暖的背景下，风力发电技术的开发与应用受到各国重视，资金投入逐年增加，很大程度上也促使着风力发电技术的提高和发展。但是，当前风力发电技术还存在一定的问题，需要予以关注。

2风力发电技术的若干问题

2.1风电机组整机设计问题

我国的风力发电机组零件相比于西方发达国家还存在较大的差距，例如集电环之类的零部件还需要从外国引进，从而使得我国的风力发电机组难以进行国产化的安装、设计。同时，在风电机组的管理与咨询方面，还没有构成产业链，并且体系不健全，对风力发电的发展造成了较大的影响。

2.2控制技术问题

在机械控制中，我国的桨叶一般使用的是美国的NANC系列，虽然其具有较好的动力性能，但是由于其风轮风速与工况的作用，使得风轮受力不均，在旋转的过程中会出现不稳定性、反复的改变，导致风力机组出现振动，形成较大的噪音。安全性不高

2.3风电质量问题

一方面，虽然自然风资源具有较大的能量，但是其性质较为多变，主要表现为风向与风速的大小不稳定。传统的方式中，人们利用风轮转动的惯量来分析风电机组输出功率的稳定性。但这种方式会形成谐波，减少输出到电网的功率。另一方面，当电网中并入容量满足额定容量时，就会减小电压稳定性，如果电网出现了问题，不稳定的电压就会让机组无法有效地向电网输送能量，让保护动作切出电网，直接造成电网的不稳定。

2.4机组安全性能方面的问题

风力发电是把风力资源转变为电力资源的技术，与传统能源利用相比，其应用时间相对较短。在传输、并网技术、自动控制等专业技术研究上的上升空间较大，并且风力发电在安全性能方面还存在一些问题。例如，风力发电管理不规范、装机后运行不稳、机组停运等。目前由于风电企业管理不严，员工的思想认识不到位，專业水平不足等原因，对风电作业的安全性没有引起重视，在风电机组的维护检查中，忽视了超速测试、紧急停机测试、振动试验等内容，使得机组缺乏维护检查，可靠性降低。

3风力发电技术相关问题的解决措施

3.1完善机械结构设计

对机械结构进行改进，能够从以下两个方面着手：其一，能够利用先进的驱动设备，把齿轮箱与主转动轴等相结合，降低机组零部件的使用，进而极大地增强系统的工作效率、安全性、稳定性，并减少部件安装与维修的经济支出;其二，能够对机械的结构动力学设计展开优化，防止由于风力的变化影响到机械结构的负荷，并减少零部件所受到的应力，降低整个机组与部件的重量，极大地降低成本。

3.2改进控制技术

对于风力发电系统的易干扰、不稳定的问题，一般使用系统模型控制的方式予以解决，但是该种方法具有一定的局限性，所以其仅限于某个系统的指定周期使用，难以有效地预防能量转换多个过程中所产生的变化。在风场运行的环境下，风电机组由于无人值守，所以对系统的控制有着更高的要求。使用自适应控制器，能够让风电机组在最大的范围内，使用功率系数得到优化。其工作原理为，利用对系统的输入输出展开测量，分析控制过程中需要的参数，并利用控制系统展开控制。相比于原有的控制器，自适应控制器性能得到了较好的优化，性能大大增加。它通过构建出准确的数学模型，对风力发电机组的电功率展开控制，进而更高效地进行控制，并节约成本。

3.3提升风电质量

为了提升风电质量，能够使用超导储能技术，让风力发电机组的频率与输出电压保持稳定。该种技术是一种全新的柔性交流输电的技术，具有无污染、高功率、长寿命等优势，对于无功或者有功的功率具有释放与吸收的效果，进而使其达到电力系统的要。

3.4提高安全性能

为了增强风力发电机组的安全性，就需要对风电机组展开超速测试，检测超速保护动作、超速通道、超速模块、超速传感器后制动回路的动作情况。同时，还需要对风电机组展开紧急停机测试，测试机械刹车制动、备用电源、顺浆回路等是否能够正常工作。除此之外，还需要对风力发电机组展开振动试验，检查保护动作、保护通道、保护测量元件等能不能够正常工作，从而确保机组的安全性。

4风力发电行业发展趋势

4.1大型化风力发电机组容量

在相同规模的风力电场下，风力发电机组的功率越大、单机容量越大，则发电效率越高，运行成本越低。随着风力发电技术的发展，风力发电行业为了降低生产成本，提高发电效率，不断研究大型化的风电机组，以提高单机容量，提升风能的转化效率。同时，大型化、大容量的风力发电机组，还能在利用同等土地范围内，有效捕捉更多的风能，从而节约土地资源。因此，我国风力发电行业应在不断进行技术创新和改进的基础上，加强对风力发电技术的研究，呈现出面向机组大型化、大容量方向发展的趋势。

4.2增加海上风力发电所占比重

海上风能具有利用时间周期长、不占用土地等优势，我国海岸线绵长，海上风力资源十分丰富。目前，我国陆地风力发电装机容量已经处于世界第一，而海上风力发电装机容量远低于陆地风力发电装机容量。同时，从风力发电行业长远发展来看，海上风力发电基本不受地形因素的影响，不仅靠近电力负荷中心，还可以避免占用土地资源，有利于风力发电的可持续发展。因此，风力发电的研发应侧重于海上风力发电技术。随着国家开发可持续再生能源、风能利用等相关政策的引导，当前我国海上风力发电发展迅速，是风力发电行业未来发展的重要趋势。

4.3向智能化控制方向发展

以5G、互联网、数字化、信息化为代表的智能化技术，是制造业发展的未来方向。在此背景下，我国风力发电行业发展逐渐向智能化控制方向转变。无论是在风力发电机组设备运行控制、管理，还是技术开发，机组设计、制造、生产上，都需与智能化进行融合，积极引入大数据分析、5G、人工智能等技术。利用智能化控制管理，提高风力发电的运维质量和控制精度，提升风力发电运行的自动化水平。用智能化技术驱动风力发电技术创新，提高风力发电的运行效率，并节约运营成本。同时，统筹管理发电资源和电网负荷，实现风力发电与其他发电技术的优势互补，全面提升风力发电的技术水平。

5结语

综上所述，未来我国风力发电行业发展仍有大幅增长空间，主要发展方向为机组容量大型化、海上风力发电、智能化、高效率。本文分析了风力发电技术存在的问题及发展趋势，对优化我国新能源结构，提高风力发电效率，具有重要意义。

参考文献

[1]新能源发电风力发电技术研究[J].梁立翔.农村经济与科技.2021（20）

[2]探讨新能源发电技术在电力系统中的有效应用[J].谭建，李先锋.建材与装饰.2020（07）