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风力发电技术的发展及若干问题

2022-03-27梁翠绵刘海晨陈大明

科学与生活 2022年2期
关键词:措施问题发展

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)

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