風力發電技術的發展及若干問題

梁翠綿 劉海晨 陳大明

摘要：隨著地球環境日益惡化，人類面臨的環境問題愈來愈嚴峻，利用、開發綠色可再生能源替代原來的化石能源，減少二氧化碳的排放量，保護地球環境，已成為大勢所趨。風力發電由于具有清潔、環境效益好、可再生、裝機規模靈活、運維成本低等優點，受到廣泛應用，風力發電技術也得以快速發展。本文對風力發電技術存在的若干問題進行分析，提出風力發電技術發展策略。

關鍵詞：風力發電技術;發展;問題;措施

1風力發電技術原理

風力發電的工作原理：風動能→機械動能→電能，屬于再生能源開發的范疇。具體來說，即通過風輪轉動將風能轉化為機械能，再由機械能帶動發電機組產生電能并進行輸出，最后傳上電網，涉及空氣動力、電機、智能控制、機械、力學、材料等多個領域的相關技術。風力發電具有節能、可持續、環保等特點，是一種綠色、可再生的清潔能源。常規的風力發電系統主要包括風輪、傳動結構、控制裝置、發電機、支撐結構等。從發電機組系統結構細分，又可分為恒速及感應發電、變速恒頻雙饋式發電、變速同步發電三種類型，這三種類型在不同領域均發揮重要作用。在傳統化石能源大量使用導致全球氣溫變暖的背景下，風力發電技術的開發與應用受到各國重視，資金投入逐年增加，很大程度上也促使著風力發電技術的提高和發展。但是，當前風力發電技術還存在一定的問題，需要予以關注。

2風力發電技術的若干問題

2.1風電機組整機設計問題

我國的風力發電機組零件相比于西方發達國家還存在較大的差距，例如集電環之類的零部件還需要從外國引進，從而使得我國的風力發電機組難以進行國產化的安裝、設計。同時，在風電機組的管理與咨詢方面，還沒有構成產業鏈，并且體系不健全，對風力發電的發展造成了較大的影響。

2.2控制技術問題

在機械控制中，我國的槳葉一般使用的是美國的NANC系列，雖然其具有較好的動力性能，但是由于其風輪風速與工況的作用，使得風輪受力不均，在旋轉的過程中會出現不穩定性、反復的改變，導致風力機組出現振動，形成較大的噪音。安全性不高

2.3風電質量問題

一方面，雖然自然風資源具有較大的能量，但是其性質較為多變，主要表現為風向與風速的大小不穩定。傳統的方式中，人們利用風輪轉動的慣量來分析風電機組輸出功率的穩定性。但這種方式會形成諧波，減少輸出到電網的功率。另一方面，當電網中并入容量滿足額定容量時，就會減小電壓穩定性，如果電網出現了問題，不穩定的電壓就會讓機組無法有效地向電網輸送能量，讓保護動作切出電網，直接造成電網的不穩定。

2.4機組安全性能方面的問題

風力發電是把風力資源轉變為電力資源的技術，與傳統能源利用相比，其應用時間相對較短。在傳輸、并網技術、自動控制等專業技術研究上的上升空間較大，并且風力發電在安全性能方面還存在一些問題。例如，風力發電管理不規范、裝機后運行不穩、機組停運等。目前由于風電企業管理不嚴，員工的思想認識不到位，專業水平不足等原因，對風電作業的安全性沒有引起重視，在風電機組的維護檢查中，忽視了超速測試、緊急停機測試、振動試驗等內容，使得機組缺乏維護檢查，可靠性降低。

3風力發電技術相關問題的解決措施

3.1完善機械結構設計

對機械結構進行改進，能夠從以下兩個方面著手：其一，能夠利用先進的驅動設備，把齒輪箱與主轉動軸等相結合，降低機組零部件的使用，進而極大地增強系統的工作效率、安全性、穩定性，并減少部件安裝與維修的經濟支出;其二，能夠對機械的結構動力學設計展開優化，防止由于風力的變化影響到機械結構的負荷，并減少零部件所受到的應力，降低整個機組與部件的重量，極大地降低成本。

3.2改進控制技術

對于風力發電系統的易干擾、不穩定的問題，一般使用系統模型控制的方式予以解決，但是該種方法具有一定的局限性，所以其僅限于某個系統的指定周期使用，難以有效地預防能量轉換多個過程中所產生的變化。在風場運行的環境下，風電機組由于無人值守，所以對系統的控制有著更高的要求。使用自適應控制器，能夠讓風電機組在最大的范圍內，使用功率系數得到優化。其工作原理為，利用對系統的輸入輸出展開測量，分析控制過程中需要的參數，并利用控制系統展開控制。相比于原有的控制器，自適應控制器性能得到了較好的優化，性能大大增加。它通過構建出準確的數學模型，對風力發電機組的電功率展開控制，進而更高效地進行控制，并節約成本。

3.3提升風電質量

為了提升風電質量，能夠使用超導儲能技術，讓風力發電機組的頻率與輸出電壓保持穩定。該種技術是一種全新的柔性交流輸電的技術，具有無污染、高功率、長壽命等優勢，對于無功或者有功的功率具有釋放與吸收的效果，進而使其達到電力系統的要。

3.4提高安全性能

為了增強風力發電機組的安全性，就需要對風電機組展開超速測試，檢測超速保護動作、超速通道、超速模塊、超速傳感器后制動回路的動作情況。同時，還需要對風電機組展開緊急停機測試，測試機械剎車制動、備用電源、順漿回路等是否能夠正常工作。除此之外，還需要對風力發電機組展開振動試驗，檢查保護動作、保護通道、保護測量元件等能不能夠正常工作，從而確保機組的安全性。

4風力發電行業發展趨勢

4.1大型化風力發電機組容量

在相同規模的風力電場下，風力發電機組的功率越大、單機容量越大，則發電效率越高，運行成本越低。隨著風力發電技術的發展，風力發電行業為了降低生產成本，提高發電效率，不斷研究大型化的風電機組，以提高單機容量，提升風能的轉化效率。同時，大型化、大容量的風力發電機組，還能在利用同等土地范圍內，有效捕捉更多的風能，從而節約土地資源。因此，我國風力發電行業應在不斷進行技術創新和改進的基礎上，加強對風力發電技術的研究，呈現出面向機組大型化、大容量方向發展的趨勢。

4.2增加海上風力發電所占比重

海上風能具有利用時間周期長、不占用土地等優勢，我國海岸線綿長，海上風力資源十分豐富。目前，我國陸地風力發電裝機容量已經處于世界第一，而海上風力發電裝機容量遠低于陸地風力發電裝機容量。同時，從風力發電行業長遠發展來看，海上風力發電基本不受地形因素的影響，不僅靠近電力負荷中心，還可以避免占用土地資源，有利于風力發電的可持續發展。因此，風力發電的研發應側重于海上風力發電技術。隨著國家開發可持續再生能源、風能利用等相關政策的引導，當前我國海上風力發電發展迅速，是風力發電行業未來發展的重要趨勢。

4.3向智能化控制方向發展

以5G、互聯網、數字化、信息化為代表的智能化技術，是制造業發展的未來方向。在此背景下，我國風力發電行業發展逐漸向智能化控制方向轉變。無論是在風力發電機組設備運行控制、管理，還是技術開發，機組設計、制造、生產上，都需與智能化進行融合，積極引入大數據分析、5G、人工智能等技術。利用智能化控制管理，提高風力發電的運維質量和控制精度，提升風力發電運行的自動化水平。用智能化技術驅動風力發電技術創新，提高風力發電的運行效率，并節約運營成本。同時，統籌管理發電資源和電網負荷，實現風力發電與其他發電技術的優勢互補，全面提升風力發電的技術水平。

5結語

綜上所述，未來我國風力發電行業發展仍有大幅增長空間，主要發展方向為機組容量大型化、海上風力發電、智能化、高效率。本文分析了風力發電技術存在的問題及發展趨勢，對優化我國新能源結構，提高風力發電效率，具有重要意義。

參考文獻

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