风力发电及其技术发展探讨

2023-01-02张明

中国设备工程 2022年4期

关键词：风轮风能风力

张明

（新疆龙源风力发电有限公司，新疆乌鲁木齐 830000）

我们日常生活中所使用的能源主要以天然气等不可再生能源为主，这类能源的使用是不利于可持续发展目标的。对此，进行可再生能源的开发工作，是当前世界范围内所关注的重点。风能是一种常见的可再生能源，其开发的潜力巨大。

1 风力发电系统类型

1.1 依据机组容量划分

风力发电系统如果是依照机组的容量进行划分，一般可以分为四种类型，这四种类型的容量也存在一定的差异性。第一种：小型机组。这种类型的机组容量一般在0.1～1kW。第二种：中型机组。这种类型的机组容量一般在1～1000kW。第三种：大型机组。这种类型的机组容量一般在1～10MW。第四种：巨型机组。这种类型的机组容量一般在10MW以上。

1.2 依据发电机运行特征及控制方式划分

如果是依照发电机的运行特征，或者是依照发电机的控制方式，来进行划分，一般能够分为两种。第一种是变速恒频风力发电系统。这种系统的风力机，其转速一般是能够进行调节的，并且能够从一定程度上合理利用风能来提升系统的发电率。第二种是恒速恒频风力发电系统。这种系统在当今时期使用的比较少，这一类型的系统虽然使用起来比较便捷，但是，对于风能的利用率一般比较低，且发电率往往也不高，存在一定的不足。

1.3 运行方式分类

依照风力发电的运行方式来进行分类，一般可以分为两种类型。首先，是并网型风力发电系统。这种系统和一般的发电模式相同，一般需要利用大电网来提升对风能的利用率。其优势是费用较低，在当前这一时期中是比较常见的。其次，是离网型风力发电系统。这种发电系统一般是独立运行的，并且这一系统的容量比较小。在一般的城乡公路中会比较常见此种系统。

2 风力发电现状

风力发电主要是利用风动能来进行转化，使其成为机械动能，最后再把机械能转换成为电能。风能本身是一种可再生能源，因此，风力发电本身就具有一定的环保性质。2005年《可再生能源法》立法后，风能这类可再生能源得到了更多的重视，其意义更是不容忽视的。在这一背景下，大力发展可再生能源是一种必然趋势。以我国为例，其风力发电最初出现在20世纪80年代中期，经过长时间的发展，我国的风力发电市场已经有了十分显著的进步。风力发电的使用不仅仅具有一定的环保优势，同时这种能源也具有可再生的优点。不过，在当前，风力发电技术也还有一些不足。基于此，相关从业人员还需要积极提升风力发电的稳定性，使我国风力发电的技术能够不断发展与进步。

3 风力发电技术发展趋势

3.1 增大单机容量，加大海上风力资源利用

在进行风力发电的过程中，所需要使用的相关技术，其设备的体积一般比较大型，往往会需要占据比较大的场地。基于此，在风力发电技术发展的过程中，增大单机的容量是十分重要的一项内容。关于具体的增大要求，还需要依照不同地区的风力情况以及用电情况等进行分析，从而尽量减少资源浪费等情况的发生。

除了增大单机容量外，加大海上风力资源的利用也是十分关键的一项内容。我国海上的风力资源是十分丰富的，因此，在风力发电技术的发展过程中，还需要不断加大对海上风力资源的利用。当前，我国的很多风力发电场地是在城市的周围建立起来的，其目的主要是为了满足城市的用电需求。可这种建立在城市周边的发电厂，一方面会占据较多的土地，容易造成资源浪费的情况；另一方面，也不利于风力发电的后续发展。如果在海边建立此类发电厂，一般能够有效改善上述问题。

3.2 风力发电控制技术发展分析

（1）风轮控制技术。为了能够有效提升风力发电系统的转化率，风轮控制技术的运用是十分关键的。这一技术主要包括两种：第一种是功率信号反馈控制。这种控制主要是对风轮的功率进行工作。一般来说，风轮在工作的状态中，其功率是不断变化的。相关人员可以通过对功率关系的分析，来进行后续的一些操作。在具体的运用中，可以把最大的功率和实际的功率进行对比，得到一个差值，并依照这一差值对风轮进行调整，从而确保风轮可以达到最大的功率。这种方法的使用，其优势就是能够有效减少控制的成本。第二是叶尖速比控制。叶尖速就是指风叶的尖端转动速度。这种控制方法，主要就是利用叶尖速的数值来确定最佳的叶尖速比。其主要的工作方式，就是通过对叶尖速的调整，来优化叶尖速比。

（2）发电机及其变电力电子变换器控制技术。在进行风力发电的过程中，风力是能量的主要来源。一般来说，风力大多在距离地面比较高的位置上，因此，在能量转化时往往需要在高空中进行。对此，其相应的风力发电机，还要不断提升自身的工作效率，并且还需要使自身的重量能够尽量降低。永磁发电机是一种比较常见的风力发电机，这一设备的耗能比较低，并且其工作的效率也比较高。风力发电系统中的电力电子变换器，往往需要具备几个特征。第一，这种电力电子变换器的使用范围需要比较广泛。第二，在进行风能转换时，其转换率以及传输率要比较高。第三，能够有效实现功率因素的改善。第四，其安全性以及可靠性需要有所保障。第五，其设备的成本费用应该要符合经济性的原则。

（3）变速恒频控制技术。在以往的风力发电机组中，其恒速恒频控制技术是十分常见的。这种技术操控起来比较便捷，但是，也具有一定的缺点。一般来说，在使用这一技术时，如果风速发生了转变，但是，机器的转速维持不变的状态，那么，风力机的转速往往不能够维持在最佳状态，从而可能会影响到最终的发电效率。

3.3 降低成本，提高储能技术

使用风力发电技术的目的一方面是为了实现资源的可持续化发展，有效改善环境污染等问题；另一方面，也是为了能够进一步提升发电技术的经济性。不过，由于在当前这一时期中，我国的一些风力发电技术还不够完善，并且其相关的设备有些是需要从国外进行引进的，因此导致了风力发电场的成本比较高，使得风力发电技术的应用也受到了一定程度的制约。针对这一情况，相关企业以及部门，还应要及时采取更有效的措施，使风力发电的成本能够有所下降。而这就需要进一步加强自主技术的研发工作，使设备的生产成本可以得到有效控制。除此之外，对于发电技术的发展来说，提高储能技术也是十分关键的。一般来说，白天人们的用电量往往比较大，而相关的发电设备，不仅仅需要对能量进行转换，同时，还需要进行输送等工作，这一情况容易导致相关设备超负荷运行。通过提升相关的储能技术，可以使设备在进行使用的时候能够同时进行存储，这样一方面能够减小能源浪费的情况，一方面也可以解决设备超负荷运转的情况，减小设备的负担。除此之外，我国所使用的电池类型大多为蓄电池。基于此，相关人员可以加大对各类储能系统的研究，尝试找到增加蓄电池容量的方式，从而确保风力发电技术的进一步发展。

3.4 增强风力发电机组的安全性能

当前，由于风力发电技术的发展速度过快，使得一些相关技术的试验时间比较短，因此可能会存在一些安全隐患。当前，这类问题主要存在于装机的各个技术环节中以及一些发电系统的管理上。如果风力发电机组的安全性无法保障，那么不仅仅会影响风力发电机自身的可靠性，同时还会给相关人员带来生命财产上的威胁。因此，相关人员还需要针对风力发电机组的有关技术等进行不断完善，并且需要对操作人员开展更加专业性的安全培训工作，进一步提升风力发电技术的安全性。