风力发电工程技术应用研究

风力发电工程技术应用研究

葛建峰

国电联合动力技术（连云港）有限公司江苏连云港222000

摘要：近年来，我国风力发电市场快速发展，与此同时，对于发电技术的要求也越来越高。本文针对风力发电的技术、发电站的选址，以及风力发电的趋势做了详细阐述。

关键词：风力发电；工程技术；研究分析

一、我国风力发电存在的问题

1、厂址选择缺少科学性、前瞻性

我国的风能资源的分布图很粗糙，根本达不到风能发电厂的选址要求，有些地区政府为了提高政绩，在没有对本地区的风能资源进行专业的勘测之前，就盲目地建设电厂，由于没有对本地区风能进行专业的勘测，造成发电厂建成之后没电可发的现象，大量的资源被浪费。

2、电力输送问题

一般风能比较丰富的地区都是比较偏远的山谷，或是比较开阔的平原，这就决定了大多数的风力发电厂的厂址都是选在离城市比较远的地区，因此电网公司不得不建设新的电网来满足输电的需要，由于距离远，工程量大，所以电网建设耗时较长，再加上我国的风力发电事业的发展太迅速，这就使得电网建设更加跟不上电厂建设，这样就出现了发电厂的电送不出去的现象。

3、陆地和海洋的发展不平衡

我国的东部沿海地区都是经济比较发达的地区，这些地区是我国电力消费的主力。而这些地区石化资源比较缺乏，大多数发电资源都是从外地运进的，增加了发电成本，由于大多数发电厂还是以火力发电为主，对环境的污染很大。我国海洋上的可开发的风能资源是陆地的近3倍，而我国海上的风力发电厂还是处于起步阶段，可见我国陆地和海洋的风力发电很不平衡。

4、上网电价问题

就目前的技术水平来看，风力发电的成本本身就比火电的发电成本高，风力发电商对风力发电项目的投资前景看好的一个很重要的原因就是，随着环境问题的日益突出，可再生能源的发展是有很大发展潜力的，因此他们相信政府会对风力发电给予优惠政策，鼓励可再生能源的发展。但就目前的形势来看，政府曾经在风能上网电价的制定上采取的“最低上网电价者中标”的政策，大大地打击了发电商的热情，为了能够中标，发电商不断压低自己的报价，以使自己发出的电可以售出，这样做的结果就是恶性竞争出现，最后风力发电商的报价比火力发电的价格还低，使整个行业处于亏损状态，许多厂商不得不退出市场，这样反而抑制了风力发电的发展。而如今的“一企业一议”的办法还是对风力发电企业产生了限制，其利润空间还是没有得到改善，不利于行业的发展。

二、风力发电技术研究

在现实生活中，风力发电是利用风带动风车上的叶片进行旋转，在这个过程中，将动能转化为机械能，然后通过转轴带动发电机旋转，从而达到发电的目的。

风力发电装置一般有三个结构：风轮、发电机、铁塔。风轮是由两只或者两只以上叶轮组成，对质量的要求比较高，需要经得起风吹日晒，并且质量要轻。当风力撞到叶轮上时，可以将风能转化为机械能。在早期社会，因为风向以及风速等原因的影响，风力发电时有时无，很不稳定。为了解决这个问题，现在人们经过创新，在风机上边加入齿轮变速箱，以此来满足风力以及风向的需求。这样可以避免因风速或风向造成的电压不稳，保证频率的稳定。铁塔是为了支撑风轮以及发电机，保护风轮免受地表乱流的影响。发电机是完成发电最后一步的必要设备，它可以将机械能顺利转化为电能，以供人们需要。

由于风力发电机组设备安装在户外，因此，为了使发电机组能够有效使用，安全运行，在进行发电机组选择时一定要把好关，选用优质的材料，采用先进的技术，综合考虑结构强度，风力负荷，叶片应力，调速机构，限速装置等因素，做好设备的选择工作。

截止到目前为止，我国风力发电还不是很成熟，还有许多方面需要改进。主要表现在以下几个方面：

1、风电电网和传统电网合并后可能会造成电压闪变，进而造成谐波污染。在此过程中，如果风速快于切出风速，风机就会停止转动。而风机的运行和风速息息相关，风速又具有不稳定性，因此很难保证风速一直不变。不论电场中发电机同时启动还是同时停止，都会对整个电网产生极大的影响。

2、怎样才能更好地利用风能。

影响风能的利用最关键的是风能的转化率太低，因此在设计时要充分考虑到这点。一般情况下，改变风轮机叶片的迎风面和纵向的旋转轴之间的夹角来调节叶轮片的受力，同时调节在大风时风机输出功率的增加量，以此保证输出功率的稳定。当风电场在额定风速以上时，变浆距就会发挥作用，调节叶片的角度，将输出功率控制在额定范围内。当风电场在额定风速以下时，变浆距会将叶片角度调至零度附近，用以控制输出功率。除了这个作用，变浆距还有一个显著优点，就是在风速达到一定数值时，风力机会自动停止转动，但如果是变距型风力机，可以有效地避免这一情况的发生，它可以将角度调节至桨叶可以负载的模式，避免风机停止，从而更有效的利用风能。

3、风力发电站选址

风力不仅会因季节的变化而变化，也会因为地貌的变化而变化，因此，在进行发电站选址时一定要综合考虑到各方面因素，具体选址如下：

（1）峡谷风力比较大的地方。比如盆地或者是低洼地形交流的峡谷地。这种地方风力一般比较大，可以更好地利用风能。

（2）建在用电中心。在用电量比较大的地方进行发电站建设，可以很好地利用风能，避免浪费。

（3）建在交通比较便利的地方。这种地方建发电站可以方便材料的运输，节省建站时间，同时也方便发电站管理。

（4）年平均风速在3m/s以上，运行风速达为4m/s以上的时间达4000小时以上。将发电站建在这个地方可以保证充足的电量，不会对人们的日常生活造成影响。

因为风力随着季节的变化而变化，因此在建设风力发电站的过程中，要注意风力流向问题。如果是在比较宽阔的场地，可以采用风向跟踪技术，如果地势比较狭窄，可以在风口处安装带有逆止阀取风装置，以此来接收各个方向的来风，并且把收集到的风向引导单项风力发电机组处，有效避免风力不足的情况。

对于风力发电站来说，选址非常重要。如果能用人工建筑物收集风力，可以将风力发电机的厂房以及线路集中布置，避免土地浪费，同时，也便于发电站的管理。对于风力发电机组来说，如果可以采用正负电荷采集电机，可以使设备简单化，并且可以使系统更加稳定，从而将风力发电站的建设成本降到最低。

三、风力发电的发展趋势

1、风力发电成本降低。和太阳能，生物质能等其他新能源相比，风力发电技术更成熟，成本也比较低，对环境的污染也相对较少。随着风力发电技术的不断发展，风力发电机组所需的费用也越来越少，同时日常维护成本也在不断地减少。

2、风电设备国产化。2005年7月，国家发展和改革委关于风电建设管理有关要求的通知中明确规定：风电设备国产化率要达到70%以上。实现风电设备国产化主要是为了提高中国风力发电设备制造技术，降低风力发电的成本，提高市场的竞争力，进而推动中国风力发电技术不断走上大规模的商业化趋势。同时随着国产风电设备的不断发展，风电设备的价格也会越来合适。

3、海上风力发电逐渐兴起。近年来，随着陆地风机总数的不断饱和，海上风力发电逐渐兴起，成为风力发电的研究热点。在我国，海上风力资源远远大于陆地风力资源。2010年，上海风力发电机总装机容量达到200--300MW。截止目前，我国正在对江苏近海风电进行规划，而上海海上风力发电以处于准备阶段。

4、风力发电机组不断大型化。随着技术的不断改进，风力发电机组不断趋于大型化。2002年，国际风力发电主流机型已达1.5MW以上。目前，欧洲发电机组达3.6MW，美国以研制成功7MW风力发电机组。中国研制城的发电机组最大功率为2-3MW，国产风电机组目前的主流机型为1.5MW。

结语

风电正在成为世界性的主流能源之一，其发展潜力是巨大的，随着环境问题的日益突出和能源供应的日趋紧张，可再生能源越来越被人们所重视。我国在风力发电方面虽然起步晚，但是发展迅速而且备受重视。

参考文献

[1]刘春鸽，陈戈.我国风力发电的现状与发展思考[J].农业工程技术（新能源产业），2009，（2）

[2]魏超.浅谈风力发电技术发展现状及趋势[J].科技创新与应用，2012.9