风力发电现状及技术发展研究

风力发电现状及技术发展研究

国家电投集团广西电力有限公司

摘要:随着现代工业的飞速发展,人们对于能源的需求急剧增加,目前可以利用的常规能源日趋匮乏。风能作为一种清洁、无污染可再生资源,在我国有了空前利用和发展,风电已成为国民生活和国家建设强有力的能源保障随着国内风电产业和技术的快速发展,风电将会成为极具发展前景的新能源,将为我国的经济建设和发展提供有力的能源保障。

关键词:风力发电;发展;浅析

一、风力发电的发展现状

风力发电是一种利用风动能转换为机械动能,再向电能转换的过程,其工作原理是借助风的动力来推动风车叶片旋转,再通过增速机加快风车叶片旋转的速度,带动发电机发电。

随着新能源产业成为国家战略新兴产业规划的出台,风电产业迅猛发展,有望成为我国国民经济增长的一个新亮点。从技术发展上来说,我国风电企业经过“引进技术―消化吸收―自主创新”的三步策略也日益发展壮大。

同时,我国风电装备制造业的产业集中度进一步提高,国产机组的国内市场份额逐年提高。因此,我国风电装备制造业必须增强技术上的自主创新,加强风电核心技术攻关,尤其是加强风电关键设备和技术的攻关。

二、风力发电技术要点与趋势分析

1、风况预测技术

为保证电网风电波动的平衡,需要提前对风电输出功率进行预测,争取减少备用容量,并提高经济运行效果。对于风电输出功率来说,其大小与风速有关,因此需要做好对风况预测技术的研究。基于不同季节风能不同特点,风况的预测研究,基本上是以风况观测数据与气象模拟为主要实施方式。其中,利用风况观测数据方法预测时,可以通过线性与非线性两种观测模型来进行,此种方法所需时间比较长,并且精度得不到保障,在实际应用中还需要与气象模拟法相结合。利用气象模拟来进行风况预测,已经成为风力发电选址,以及制定风力发电系统稳定性的重要工具。

2、大功率中压变流器

为更好的提高风里发电技术应用效果,需要加强对大功率中压变流器的应用,因为其具有双向开关接口,以及多元三相逆变器,应用到风力风电系统中,可以提高发电效率。目前大功率中压变流器的各处配件功率在不断提高,应用范围也在不断扩大。另外,风风力发电系统开关损耗的大小,也是影响发电效率的主要因素,因此需要控制好系统的开关频率。

3、风力发电机组控制技术方面的发展

在风力发电中,发电机组运行的效率与安全在很大程度是取决于控制技术的,因此,风力发电机组控制技术得到足够的重视,在近些年来,得到一定程度发展,具体可以体现在以下两个方面。

3.1变速恒频控制技术

在传统的风力发电机组中,采用的大多是恒速恒频控制技术,具有结构简单、控制方便、性能可靠等优点,但是,在这种控制技术下,当风速改变时,风力机转速保持不变,风力机无法保证最佳转速,会降低风能利用效率,减小输出功率,从而影响发电效率。

变速恒频控制技术就有效改变了恒速恒频控制技术的不足,根据风速情况适当调节风力机转速,可以使风力机保持在最佳转速状态,有效提高风能利用系数,最大程度的捕获并利用风能,使机组运行处于最优化,提高发电效率。当前,在我国风电机场建设中,风电机组控制采用的大多是变速恒频控制技术[3]。

3.2变桨距调节技术

在传统风力发电机中,在恒速运行情况下,采用的通常是定桨距失速调节技术,是将轮毂与桨叶固定连接后,使桨距角保持在一个固定值,当风速高于额定值时,根据桨叶翼型失速的特点,气流功角会满足失速条件,受桨叶表明紊流的影响,机组发电效率就会相应降低,从而实现限制输出功率的目标,其调节方式较为简单,但也存在叶片结构与制造工艺复杂、自重大以及发电效率低等弊端。

变桨距调节技术是通过在风力机组加装叶片桨距调节装置,根据风速情况来改变桨距角,在运行时,通过桨距角的改变来调节转速,在输出功率小于额定功率时,桨距角为0,无需控制;在输出功率超过额定功率时,通过调节变桨距改变桨距角,维持输出功率的稳定,优化机组输出功率特性,改善机组的启动性能。变桨距调节技术不仅具有载荷控制平稳、高效、安全的优点,还可以降低桨叶所受到的应力,减少叶片制造材料,减轻机组重量,延长机组使用寿命,对风电系统运行性能提升有着积极作用。但是,相应地,变桨距调节技术会在一定程度上增加风电机组结构的复杂性。

4、风力发电储能技术

此种储能技术即利用电池来完成风能转换电能的储存,一般发电系统中,小型单独运行的风力发电机会配置蓄电池储能,降低风况以及荷载等因素对发电效果的影响。现在风力发电系统中常用的储能电池有铅酸电池、钠硫电池以及锂离子电池等。3.2压缩空气储能。此种储能技术大多被用于缺水干旱地区的风能储存,是一种比较新型的蓄能方式。当电力负载比较小时,将风力发电机组提供的所欲电能通过电动机带动空气压缩机,将空气压缩后存储到强度高、容量大的金属容器或者地下岩盐矿内岩洞,以及挖掘的岩石洞内部。另外,一旦电力负荷达到高峰,或者是风小以及无风状态时,将存储的能量释放出来作为动力,带动涡轮实现发电。3.3水利储能。对于水资源比较充足的情况,或者是具有大容量高位水箱与水库时,通过风能来驱动水泵运行,形成一个完整的水利储能系统。当风量较大时,风力机将会带动水泵将水资源从低水位抽调到高水位;当风量减小或者电网功率较小时,即可以利用存储的水利势能来带动涡轮电机发电。

5、海上风力发电技术

海上区域风力资源丰富,可以采取一定措施来利用海上风资源进行发电生产,技术研究时需要重点分析发电机安装位置,并做好发电设备安装成本的控制,综合分析安装位置距离海岸较远风力不足的问题。目前很多地区采取空气流通产生热量对发电系统进行调整的方式发电,并且利用了高压电直流系统,可以将电能顺利传输到用电中心。对于高压直流电技术的应用,具有几个明显的特点,即在海岸线较远海域安装设备将与大陆完全隔离,海上风力发电时电缆功率损耗比较小,以及单位个数电缆传输电量能力较高。

三、存在的问题及展望

尽管近年来我国风电产业得到了迅猛的发展,但同时也暴露出众多的问题。

首先,我国尚未完全掌握风电机组的核心设计及制造技术。在设计技术方面,我国不仅每年需支付大量的专利、生产许可及技术咨询费用,在一些具有自主研发能力的风电企业中,其设计所需的应用软件、数据库和源代码都需要从国外购买。在风机制造方面,风机控制系统、逆变系统需要大量进口,同时,一些核心零部件如轴承、叶片和齿轮箱等与国外同类产品相比其质量、寿命及可靠性尚有很大差距。其次,我国风电发展规划与电网规划不相协调,上网容量远小于装机容量。风电发展侧重于资源规划,风电场的建设往往没有考虑当地电网的消纳能力,从而造成装机容量大,并网发电少的现状。2009年新增装机容量中1/3未能上网,送电难已经成为制约风电发展的瓶颈。最后,我国风电的技术标准和规范不健全,包括风机制造、检测、调试、关键零部件生产及电场入网等相关标准亟需建立和完善。因此,展望我国未来的风电产业发展,必须加强自主创新掌握核心技术;必须加大电网建设力度,合理规范风电开发;必须加大政策扶持力度,建立健全完善统一的风电标准规范体系。

四、结语

综上所述,风力发电对改善我国电能情况、减轻环境污染、节约能源等都有着重要意义,大力发展风力发电,是我国社会经济发展的重要要求。因此,加强对风力发电的研究,加大在风力发电方面的投入,是我国电力行业应当重视的工作。

参考文献:

[1]任丽蓉.我国风力发电现状及其技术发展[J].科技经济市场,2018,(4).

[2]李军军,吴政球,谭勋琼,等.风力发电及其技术发展综述[J].电力建设,2016,(8).

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