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风力发电技术发展综述
[摘要]:文章描述了风能开发利用的历史、现状和发展趋势,介绍了风力发电的特点和主流技术,论述了风力发电的动因及其在实现国家可持续发展战略和环境保护中的意义与作用,并对风力发电的发展方向作了展望。
[关键词]:风力;新能源;电机组;制;调节
1. 引言
风力发电是新能源中技术最成熟的、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式。我国的风能资源十分丰富,而且在风力发电的研究方面起步较早,但是发展步伐较先进国家缓慢。目前,我国的并网型风机主要由国外厂家提供,大型风机也依赖进口或者与外商合作生产。不过随着国家对新能源开发的逐步重视,随着兆瓦级风电设备的国产化和成功应用推广,中国必将成为世界风电发展最令人瞩目的国家之一。
2. 风能利用的历史和现状
人类对风力的利用已经有数千年的历史,到了近代,随着蒸汽机的出现以及原煤、石油、天然气的开采,对风力的利用渐渐削弱,直至20世纪70年代中期,受能源危机、能源供应安全和保护环境的驱动,世界主要发达国家和一些发展中国家都重新重视风力的开发利用,自20世纪90年代中期以后,世界风电装机年平均增长率超过30%,风电比重也增加了4倍多[2]。
与此同时,风力发电成本在过去二十年里有了大幅度下降,达到了可以和化石能源相竞争的水平[2]。风力已经成为二十一世纪最具有发展前景的绿色能源,是人类社会经济可持续发展的主要新动力源。
3. 风能开发利用的动因
人类在进入工业社会后经历了许多次的能源危机。专家估计石油资源将在50年后枯竭[2]。为了人类社会的可持续发展,风能作为新能源中最具工业开发潜力的可再生能源就格外引人瞩目。此外风力不会带来全球性环境污染。因此风能的利用势必成为未来能源的一个主要途径。
4. 风力发电的基本特点
风能的随机性大
风速是随机和不可控的,从而造成通过风机叶片传递给发电机的输入机械功率也存在很大的不可控性。
风能密度低
由于空气的密度低,风轮的直径要做得很大,风轮装置庞大。
风轮机转动惯量大
由于风轮直径大,巨大的风轮转子叶片使得风轮机具有较大的转动惯量。
风轮机与发电机之间的柔性连接
风轮机转子的转速一般不会很高,与发电机转动的速度相差比较大,它们之间不可能直接连接,这样发电机和风轮机之间的刚性度大大降低。
风力发电机的选用
目前国内的风力发电系统采用异步发电机直接并网的方式,风速的变化将引起风力发电机注入电网有功和无功功率的变化,从而引起附近电网母线电压的波动,为了克服这一缺点,风电系统可以采用交流励磁发电机,使风力发电系统具有较好的动态和静态特性[4]。
5. 风力发电中的主流技术
风力发电机系统按照发电机运行的方式来分主要有恒速恒频风力发电机系统和变速恒频风力发电机系统两大类。恒速恒频系统一般使用同步电机或者笼型异步电机作为发电机,通过定浆桨距失速控制的风轮机使发电机的转速保持在恒定的数值继而保证发电机端输出电压的频率和幅值的恒定,其优点是调节可靠,控制简单,缺点是桨叶等主部件受力大,输出功率随风速的变化而变化,这种技术主要应用在几百千瓦的中小型风力发电机组上,运行范围比较窄。
变速恒频风力发电系统通过调节变距调节