关于风电技术和光伏发电技术探析

关于风电技术和光伏发电技术探析

周治堃

华能蒙东呼伦贝尔风电公司 内蒙古 呼伦贝尔  021000

摘要：基于科学技术水平的逐渐提升，风力发电和太阳能发电越来越备受人类的重视，而它在技术体系中、科学技术实施阶段又彰显自己独有的优越性。依据人们主观考虑的视角，发展风电技术和光伏发电技术，既是对城市居民正常电力需要的满足，还具备着可再生的特性，更契合了国家可持续性发展理念。不过，成为新型的发电技术，发展风电技术和光伏发电技术如果要进行长期发展，也必须应对上述多项技术指标进行突破，以提升能源生产效率和质量。但这两种新能源的稳定性相对较差，使得其市场推广工作受到了严重影响。本文主要从风力发电技术和光伏发电技术的应用现状，并对未来的改进提出一些合理的意见。

关键词：风电；光伏发电；技术

引言

风电能源发展潜力巨大、生产技术也相对成熟的可再生能源，在减排温室气体、以适应气候变化的新形势下引起世界各方的广泛关注，并已在世界各地大面积开发利用。在保证能源供应安全、适应气候变化和创造新的经济增长点的巨大压迫下，世界各国均把发展光伏发电技术等新能源视为重大战略发展方向，光伏发电上网电价政策并调高光伏发电发展目标，光伏发电企业将在未来能源供给中占据一席之地，并对光伏发电企业开展技术经济分析和发展趋势研究，将有助于推动光伏发电技术迅速的发展。这就是为什么这些技术完全符合我国可持续发展的概念。但是，要完成它的长远发展，需要在许多指标上完成突破，才能促进生产工作的质量和效率得到有效提高。

一、概述

随着风电市场规模的快速增长，我国风电设备生产技术水平提高，一个具备实力的相对完善的产业链系统已经初步建立，包括原料加工、零件生产、整机加工、研发建设、科技研究、技术标准与检验认可系统等各个环节。我国的风电技术日益提高，经过“金风科技”，“远景能源（智能风电技术公司）”，“明阳智慧能源”等国内新能源领跑企业的引进消化吸收与再创造，已经基本掌握了风电产业的核心技术，其中在适应极低风速风况与恶劣气候环境风电机组研制等方面实现了突破性发展，技术居于世界领先地位，在大容量发电机组研究上也达到了与全球同步。上述成果，既保证了我国风电行业不断地发展，又为我国风电行业实现由大到强的跨越式发展打下坚定的基石。风电行业现已成为我国少数具备全球竞争力的高新技术行业之一，这将使我国迎来史上难得地在风电领域与国外先进技术水平齐头并进的机遇与形势。在经济高速成长进程中，我国已经构建起了具备全球领先技术能力的风电生产系统，拥有自主知识产权的技术产品已远销许多发达国家和地区，为我国风电技术的应用开拓了更加广泛的领域，并提供了良好的发展契机。

二、风电技术的分析

目前来看，风电技术基本上已经形成了一个在我国较为主要的发电技术类型，并逐步得到了众多企业的关注，在全国许多地方中也都获得了应用。主要因素则是风电具有清洁性和可再生性的优点，将其运用于发电产业当中，就能够更有效展现出社会本身的经济价值，从而可以得到更加广阔的经济发展空间。

1.风电技术的应用现状

风电技术的基础设备和系统都相对地比较简单，但同时在发电领域方面，通常主要体现为如下几方面。其一是将风力发电成为基础载体，因此可以有效增加一个国家的总发电量，而无论从经济性或者市民生活的角度来看，它都可以提供许多好处。其次把风电技术视为主要基础，并以此对其加以优化与完善，从而使得风电技术能有更进一步的发展。再者，通过把风电技术与其他不同类型的高新技术加以融合，也有助于使得风电的生产效率提高，从而更符合一个国家可持续性发展的基本策略要求。

但是在具体应用层面，如果需要增加发电机自身容量，就需要在一定水平上增加叶片的实际长度。由于这个技术的应用领域范围比较狭窄，并不是每个发电机都可以使用。例如巨型发电机，如果研发单位盲目增加其叶片的长度，不仅会导致整体经济投入的成本增加，同时还会加大对施工人员的压力。所以，风力发电技术虽然在理论方面已经获得了人们广泛的认可，但是在其实际技术方面的进一步完善却是未来发展的必然趋势。而且，正是因为风电资源不可以应用，所以通过发展这个技术种类才能够有效降低空气污染，并且减轻对煤炭资源的使用。特别是目前全球的可再生资源已处在大幅下降的阶段，风能开发的研究有着相当好的应用前景。比如，建立风电场，可以在一定程度上对国网、农网给予足够的电力补充；使用一些中小型风电设备，可以有效解决偏远地方和山区中的正常供电需要；占地的农田范围过大；安全性较低下，且人们较难对其实施管理。

2.相关改进方案

自从在我国开始大规模使用风电技术以后，我国当前的电力供应事业已然开启一个崭新的时代，特别是电力的质量、运行能力以及效益都获得了显著改善。不过，现如今城市化发展的推广步伐越来越快，常规水力发电方式显然已不能适应人类的正常需要。但当应用了风电设备以后，这些困难就能得以有效克服。也因此

，他们就需要对三方面工作都加以努力。

第一，注重对发电量和稳定性的分析研究，导致电力价值逐步降低。在很多地方之中，虽然其电力十分丰富，可是实际使用的效益却非常不好。第二，在实施风力发电厂设计的同时，需要把成本投入和经济性的影响考虑其中，使得其可以与标准相匹配。第三，整个技术系统也必须进行精简，以免运行操作过度繁琐，从而影响发电运行的效率。

三、风电和光伏发电行业比较分析

1.能源转换方式

风力发电运用风力发电机将风能转变成电力，“电磁感应”为其运行机理，完成由动力向电力的转换；光伏开发采用光伏电池板将太阳光转变成能量，“光生伏特效应”为其运行基础，以完成由光能向电能的转化。

2.发电成本

目前我国陆地风力发电的平均风电系统成本在5100-6500元/千瓦。其中南部的系统成本在6500元/千瓦左右。而东西北部地区的系统成本在5100-5600元/千瓦左右。初州财记《造价千万的大风车，转一天能发多少度电》风力发电成本为3.7元/瓦，电价为0.7元千瓦时。光伏发电成本为14元/瓦，电价为11元千瓦时，主要原因是风力发电成本低于光伏发电。随着中国科研和技术的不断发展，风力发电和光伏发电的技术将进一步深化，两者之间的差距将逐渐缩小。

3.占地面积

风能发电站占地面积远远小于光伏发电站的占地面积。以20MV 的发电厂为例，风能发电站仅需占用50亩的面积。光伏发电站需要占用669亩的面积。

4.发电功率规律性

风力发电没有规律，光伏发电有一定规律。风力发电机受风向和风速的影响，具有很大的不稳定性。在太阳照度的影响下，光伏电站功率曲线随着太阳的旋转而变换，即按照日升日落的规律，以正午时点为对称轴，光伏发电功率曲线呈抛物线形式。

5.功率波动性

风力发电比光伏发电更不稳定。风力发电站主要依靠风对机械设备的作用产生动能。当设备旋转时，受到风能和惯性的影响。当风不作用在设备上时，机械设备不会立即停止转动。光伏电站主要依靠太阳的照射来发电，没有外力，一旦太阳消失，太阳能光伏板就会立即停止工作。

6.维护性能

风力发电站和光伏发电站不同，维护难度也不同。风力发电主要通过叶轮旋转产生动能。机器旋转时，与周围零件产生一定的摩擦，产生磨损，增加了设备故障的发生率。故障原因难以检测，增加了维护的难度，对设备维护人员的专业水平要求较高，维护工作量也比较大。光伏电站保持静态，避免设备磨损问题。但太阳能电池板的清洁比较复杂，容易积尘，增加了清洁的难度。

7.对环境的影响

风力发电和光伏发电对环境有不同的影响。风力发电站运作时因机械设备的转动会产生较大的噪音，影响周围居民的正常生活。从我国风力发电站运营现状了解到，风力发电站因噪音过大，遭到附近居民的多次投诉，导致风力发电站多处被停止运营。光伏发电站运作时处于静止状态，不会产生噪音，但光伏设备的玻璃层具有放射作用，产生光污染。

8.电网稳定性

从电网稳定性分析，风力发电站具有一定的稳定性，光伏发电站不具备稳定性。风力发电站发生故障时，机组会对设备产生阻尼转矩，不会影响到电网的稳定性。根据相关文献记载，风力发电机组有利于维护电网功角的稳定性。光伏发电站的机械设备中不具备转动元件，无功角问题，不发生阻尼转矩，对电网功角的稳定性没有丝毫贡献，无法使电网恢复稳定状态，降低电网稳定性。

四、光伏发电技术的应用内容

1.独立光伏发电系统

对于许多新能源领域的项目而言，太阳能光伏发电技术的应用发挥了关键作用，而且对建筑和军事等产业也有重要作用。在光伏发电技术的应用建设中，在通信基站的偏远乡镇，由于地处偏远地带。配电系统线路架设存在着极大的困难性，但是由于独立光伏发电系统，能够把便捷式优势发挥出来，同时还能够达到实现发电和储能功用。

2.混合光伏发电系统

在清洁类再生能源领域，太阳能光伏发电技术占有很重要的位置和很大的实用价值，不过在实际使用时，一定要结合发电地区的自然状况进行全面研究，为混合光伏发电系统的形成提供了理论基础和不竭的技术条件。对于太阳能光伏开发，明确提出考虑阳光照射区域的海拔高度和条件等，若与上述要求不一致，则混合光伏发电系统还存在着一定的适用性。就综合光伏发电技术而言，可以将风力和水能等组合到一起，进而进行综合发电，其使用效益也很好。不过必须了解的是，光伏发电设备对维修保养有着相当大的需求。

3.并网光伏发电系统

并网光伏发电系统，能够给光伏发电转换带来很大的方便，当发电完成后，将电力送入逆变器，以完成由直流电向交流电的顺利切换，最后再将电流和电压等转换为常用的电压标准，进而与常规配电网路进行并入。通过该系统的广泛使用，并促进了供电系统稳定性的稳步改善。

五、风电技术具体应用

1.定速风力发电技术

双速感应发电机”定速风能发电技术是一种高效、可靠的风能发电方式，它可以在低速度地区采用低输出功率的低速传感发电厂，而在高速度地区则可以采用高功率的高速传感发电厂，从而实现风力发电的可持续发展。当速度超出“叶片失速”规定的范围时，可以通过调整风能使用系数来灵活控制风能消耗。然而，在实际应用中，定速风力发电系统中的风能使用系数可能会出现偏差，从而影响风能的有效利用，因此，企业应该采取措施确保风机处于低效状态。

2.变速风力发电技术

变速风力发电技术是一种新型的可再生能源发电方式，它通过变速风力发电技术系统实现了风力发电，从而大大提高了可再生能源的使用率。(1)双馈感应器会结合系统变流器的整体设计进行发电。当变流器的实际工作容积达到额定运行输出功率的20%~30%时，它具有显著的经济效益优点。然而，当国家电网出现故障时，为了保证系统安全，需要采取快速穿越低电压的措施，以便在系统电流峰值变大时，运行风力发电系统的保护机制。(2)变速风力发电技术的主要目的是通过调整发电参数，达到对不同类型发电机的有效控制，从而满足永磁发电机、同步发电机等的发电需求。此外，它还可以通过直驱和齿轮箱将变流器、电网和发电机有机结合，达到风力发电的高效运行。当国家电网出现故障时，采用变速风力发电技术可以有效地进行低电压穿越，并且可以确保系统电压的可操控性。此外，通过并网控制和变流器的作用，可以根据风力的变化规律，使风机产生符合风速变化的交流电，从而使交流电与电网电压、频谱保持一致，从而达到与各区域国家电网的柔性连接，充分利用风力资源。

结束语

综上所述，风电技术的优越性明显，其广泛应用范围也愈来愈广，但在技术的发展进程中，风力发电会暴露出一定的问题，这时要注意调整完善有关的制度，推动发电机组质量的改善。另外，利用光伏发电技术，一方面有利于电力事业的科学发展，同时又与风电发展之间存在高度的互补性，可以达到对资源的有效开发利用，进而促进电力事业走上可持续发展的轨道。但是这种技术还不是很完善，还存在一些缺陷，所以相关人员必须对其进行改进，以促进其更好地应用。

参考文献

[1]刘彬彬. 关于风电技术和光伏发电技术的探究[J].  2020.

[2]陈彬， 任青， 马丙寅. 基于风力发电技术和光伏发电技术综合分析[J]. 中华建设， 2020.

[3]刘浩宇. 风力发电技术和光伏发电技术综合分析[J]. 科学与信息化， 2021.

[4]孟令静. 风力发电技术和光伏发电技术综合分析[J]. 商品与质量， 2018, 000(039):136.

[5]张小雷. 风力发电和光伏发电并网问题研究[J]. 中国设备工程， 2021.

[6]李冬梅. 风力发电技术和光伏发电技术综合分析[J]. 城市建设理论研究：电子版， 2015.