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基于风力发电技术发展现状以及行业发展分析
作者:吴双志 浏览量:57

摘要:能源工业支撑着社会经济的持续发展。随着能源消耗的不断增加和社会环境意识的不断提高,可再生新能源的开发和利用引起了世界各国的关注。风能清洁、安全、可再生。它是一种重要的可再生新能源。风力发电作为能源利用的重要手段,是传统能源发电的重要补充,可以有效缓解电力行业对煤炭、石油等传统能源的依赖,实现电力行业能源结构的多元化。此外,风力发电还有利于环境和生态保护。不同的发电方式会对环境产生不同的影响。与传统能源发电相比,风力发电的空气污染几乎为零,气候变化极低,对水污染和野生动物的影响几乎为零。

关键词:风力发电;发展现状;行业发展分析;

在社会不断发展的过程中,能源的使用需求也在不断加大,能源紧缺问题愈发严峻。在这种背景下,为了满足人类生存和发展的要求,对可再生能源的开发利用得到了社会的重视。在可再生能源中,风力发电技术比较成熟,且其效率较高,具有可再生、无污染的特点,因此风电发展成为重要发展方向。近年来,在风电产业发展中取得了良好成绩,但也暴露出一些问题,需要引起关注。

一、我国风力发电面临的机遇和挑战

我国是风力资源丰富的国家之一,我国的风力资源主要分布在“三北”地区、东南海沿海地区和内陆局部地区,这些地区可开发利用的风能储量约2亿kW,占全国可利用储量的80%。现阶段,我国风力发电的规模还在不断增大,也就意味着风力发电在我国电力资源中的比例在不断增加。在国家政策鼓励支持下,我国的风电技术取得了一定的成果,但是和国际先进水平相比较,还存在一定的差距。其中风力发电应用中的很多关键技术被国外少数企业垄断,阻碍了风力发电的进一步推广应用。因此,需要对目前的风力发电技术不断完善,在技术上不断创新拥有自主知识产权。从风力发电的成效上看,我国很多建成的风电场处于闲置状态,输出电能利用率较低。造成风电“发得出、送不出”的情况的主要原因是风电入网问题。因为我国风能资源主要分布区域也是电网分布较弱的地区,因此风力发电面临着电网不堪重负的问题。这需要统筹协调电力规划,同时也需要技术突破降低入网成本。总而言之,我国目前的风力发电还有很大的发展空间,风力发电技术的研究也至关重要。

二、风力发电技术发展现状

1.风力发电机组机型和容量发展。现代风力发电技术发展中,面临的挑战就是随着效率和稳定性的进一步提升,加大了开发利用成本。因此,风力发电机单机容量向大型化方向发展,大容量等级的风电机组开始在商业化运行中投入。本世纪以来,兆瓦级风力机成为主流产品,在世界机组容量中的比例也在持续加大。

2.风力发电机组控制技术发展。在风电场建设运行中,会受到多种因素的影响,如自然风速大小、方向会因为气压、气温、风电场地形地貌等影响,因此具备随机和不可控的特性,进而使得风力机获取的风能也具有随机性、不可控性;要提高风能的利用效率,一些大型风力发电机组叶片直径在60~100 m范围内,其转动惯量也比较大;在风电机组并网、输入功率优化限制、故障检测保护中,自动控制的应用可以使其效率和质量都有很大程度的提升;一些地区的风力资源丰富,但其环境比较恶劣,要实现分散风电机组的无人指控运行和远程监控,需要保证控制系统的可靠性。现代控制方法主要有变结构控制、鲁棒控制和智能控制等。其中,变结构控制方式的响应速度快、设计简单、实现容易,对系统参数变化不敏感,使得其在风电系统中应用广泛;鲁棒控制可以对多变量问题进行良好处理,同时稳定性强,可以直接解决建模误差、参数不准确各位置系统干扰的问题;模糊控制则是一种典型的智能控制方法,可以在规则中直接将专家知识、经验作为其语言规则,对控制对象的鲁棒性强。同时,风力发电机组数学模型实现精确建立的难度大,在其中应用模糊控制可以获得良好效果;人工神经网络是通过工程技术手段,对人脑神经元网络结构和特征系统进行模拟,并构成各种不同的拓扑结构神经网络,利用神经网络学习特性,可以对风力机低风速进行有效的节距控制。

三、风力发电

1.风电发电的原理和特点。风力发电的过程就是把风能经由机械能转换为电能的过程,风能转化为机械能的过程由风轮实现,机械能转化为电能的过程由风力发电机及其控制系统实现。风力进入发电系统后便作为发电系统的输入信号,通过风力控制器输出桨距角信号,调整机械转矩和输出功率。该机械功率接着被传输到发电机中,转化为电能后最终传输到电网中,完成了从风能到电能转化的全过程。风力发电的主要特点有:可再生清洁能源、建设周期短、装机规模灵活、可靠性高、造价低、运行维护简单、实际占地面积小、发电发电方式多样化、单机容量小。

2.风力发电系统和发电机类型。(1)风力发电系统。风力发电系统主要由风力发电机组构成,它通常包括风轮机、传动结构、发电机、自动控制装置以及支撑铁塔等。常见的风力发电系统有:①恒速及感应发电系统,目前使用最为广泛。该风力发电系统优点包括结构简单、造价低、便于控制和后期维护,缺点是它不能有效控制无功补偿、供电效率低;②变速恒频双馈式发电系统,在电力生产中应用广泛。该风力发电系统优势在于稳定性好、易于控制、不需要无功补偿、风力利用效率高和生产安全成本低,劣势是发电系统本身成本高、后期维护较为复杂;③变速同步发电系统。该风力发电系统稳定性好、无需无功补偿并且适应性好,然而它还处于应用摸索阶段,系统中部分设备造价偏高,因此目前的应用不是很广泛。(2)风力发电机的类型。风力发电机种类繁多,有不同的分类方法。常见的分类有,按发电容量划分,一般划分为:小型机(0.1~1000 W)、中型机(1~1000 kW)、大型机(1~10 MW)和巨型机(>10 MW);按叶片数量分,可以分为单叶片、双叶片、三叶片、四叶片和多叶片;按风轮轴的安装方式划分,一般划分为水平轴和垂直轴;按桨叶工作原理分,可以分为升力型和阻力型。

3.风力发电技术。基于电网运行的现状和大规模开发风电的长远利益考虑,风电场输出功率可控性的提高,是目前风力发电技术的重要发展方向。另外,风力发电技术发展的主要问题包括风电质量、机械结构和机组控制。针对风电质量问题,可以使用超导储能技术稳定风电发电机组的输出电压和频率;在机械结构方面,一是可以改善机械结构的动力学设计,另外也可以使用先驱系统;在控制技术上,目前常采用系统模型控制,但也有一定的局限性。为了更好地解决这些问题,在未来我们需要加强风电技术的研究,根据可再生能源发展政策,促进风电技术在商业化发展中得到更好的应用。

四、风力发电行业发展展望

随着煤炭、石油、天然气等不可再生资源的日益短缺以及这些传统资源在使用过程中导致的环境污染问题日趋严重,可再生新能源的开发在能源产业中显得尤为重要。风力发电是目前可再生能源开发利用的重要方式之一,风力发电技术日趋成熟,未来发展前景十分广阔。首先,对于大型的陆上风力发电系统,未来的单机容量会不断增大,风机的高度也在不断上升,产出效率也会不断增加。其次,未来小型的风力发电行业预计会迅速发展。中小型风电场的建设成本低,相对于常规电力优势明显。目前需要克服的主要问题是无风期间不能供电,针对这个问题,可以在发电机组配备少量蓄电池,同时风力发电组还可以和其他动力源联合使用,比较常见的联合方式有风力-柴油发电、风力-太阳能电池发电等。

总之,在当前环境问题和资源问题凸显的情况下,风电建设对于实现绿色发展、缓解能源紧张具有积极意义。因此,我们要认识到当前风电行业发展的不足,并加强技术研究力度等,以保证我国风电建设水平的提升。

参考文献:

[1]何红.风力发电行业的的发展状况.2018.

[2]刘军.基于风力发电技术发展现状以及行业发展分析.2019.

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