我国风力发电现状与技术研究
游政+陈雨晴
摘 要：随着传统化石燃料资源日益匮乏以及严峻的环境危机，发展可再生新能源、优化传统能源结构、开发绿色电力迫在眉睫。风能作为一种可再生、低污染、低排放的环保经济能源，随着近年来风力发电技术日臻成熟，加之国家相关政策的支持以及我国风能资源丰富的天然优势，风力发电在我国的新能源发电中扮演了重要的角色。本文概述了介绍了我国近年来的风力发电现状，并针对相应的发电技术做出了介绍了分析。
关键词：风力发电；现状；技术
进入工业社会以来，人类对于能源的需求呈几何量级增长，巨大的能源消耗推动了工业化的进程，提高了社会发展水平和人类生活质量，但同时，燃烧化石能源也造成了难以估量的环境损失。近年来，随着我国工业化和城市化进程的发展，巨大的能源需求和能源、环境双重危机，使得可再生清洁能源的开发和利用逐渐成为电力行业研究的重要方向。在这种趋势下，风力发电凭借自身可再生、低污染、前景广的特点，在清洁能源开发中有着重要的地位。
1 我国风力发电现状及面临的问题
1.1 发展现状
“十五”期间，中国的并网风电得到迅速发展。2006年，中国风电累计装机容量便已达到260万千瓦，成为继欧洲、美国和印度之后，风力发电的主要市场之一。2007年，我国风电产业规模迎来了暴发式增长态势，截至2007年底全国累计装机约600万千瓦。2008年8月，中国风电装机总量已经达到700万千瓦，占中国发电总装机容量的1%，位居世界第五，这也意味着中国已进入可再生能源大国行列。2008年以来，国内风电建设的热潮达到了白热化的程度。2009年，中国（不含台湾地区）新增风电机组10129台，容量13803.2MW，同比增长124%；累计安装风电机组21581台，容量25805.3MW。
从各地区发展情况来看，截止到2009年12月31日，中国风电累计装机超过1000MW的省份超过9个，其中超过2000MW的省份4个，分别为内蒙古（9196.2MW）、河北（2788.1MW）、辽宁（2425.3MW）和吉林（2063.9MW）。总体而言，中国目前的风电场主要分布于风力资源丰富、风能分部密集的区域，已经基本进入了规模化发展的阶段。同时，随着大型机组技术的成熟，风电的装机容量大幅增加，风力发电机组从传统的陆地区域，走向近海发电。借助海上风能资源丰富、区域广阔、不占用土地等多重优点，发展近海风力发电技术已经成为我国风力发电技术研究和应用的热点，为风力发电产业的进一步升级提供了新思路。
1.2 面临问题
1.2.1 风电的不稳定性及间断性
由于风能是自然资源，自身便具有不稳定和不连续的特点，时刻变化的风力大小，会造成产能时而不足，时而过剩的缺点。随着风电在整个电网系统中所占的比例上升，不稳定和不连续的缺点将会被放大，导致电网在运行过程中出现突发故障的几率大大提高，对电网的运行、规划、管理方面都提出了更高的要求。
1.2.2风力发电成本问题
就目前的技术成本来看，风力发电要高于火力发电。由于风能资源丰富的区域多位于偏远地区，需要较长的电网线路及配套设施建设。而且，相比传统的火力发电，风力发电收到天气因素的制约，长期发电不足或者过剩均会提高相应的风电成本。
1.2.3风力发电厂的选址问题
风力发电厂的建设过程中，前期风能资源调查、评估均是工程量巨大的工作，不仅要针对风能密度进行评估，还要。考虑当地的风能灾害问题、电力运输条件、自然环境保护等诸多综合性因素
2 风力发电技术
2.1 风电机组功率控制技术
（1）风力机变桨距控制
根据风力机叶片在轮毂的安装结构可将风机电阻划分成定桨距和变桨距两个大类。定桨距风电机组的特点是，叶片固定在轮毂上，桨叶的安装角不随风速变化而变化。
变桨距风电机组的叶片与轮毂直接则是以非刚性的连接方式，特点为：叶片针对不同风速情况，可以绕叶片纵梁调节截距，保持在最佳的风向攻角度，从而使得风电机组在不同风速下，始终可以保持在最佳转换效率的工作状态下，获得最大的输出功率。当风速过大，高于所设定的最大值时，风力机不再工作，叶片顺桨以保护风力机。变桨距的风电机组在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0°位置不变，不作任何调整；当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，使发电机的输出功率保持在额定功率。此时控制系统参与调节，形成闭环控制，主要的变桨距方式有电液伺服和电气伺服两种。
（2）风力机偏航控制技术
偏航控制系统一般由偏航轴承、驱动装置、制动器、计数器、扭缆保护装置、偏航液压回路组成，主要有被动迎风偏航控制系统和主动迎风偏航控制系统两种。前者主要适用于独立的小型化风电机组，在其工作过程中，由尾舵控制，在风向发生变化时，被动对风；后者主要用于大型化的并网风电机组，由位于下风向的风向标发出风向信号，主动对风控制。
偏航控制系统的主要作用为：与风电机组控制系统相互配合，使得风机叶片始终处于迎风状态，提高发电效率；保障风电机组的安全运行。
（3）恒速恒频风力发电技术
传统的恒速恒频发电系统，由于风速经常性变化，而风力机则保持固定转速，这导致风能利用率低下，风力机常常运行在低效状态。
总之，恒速恒频风力发电技术 ，风能利用率低、需要无功补偿装置、输出功率不可控、叶片特性要求高等不足，成为制约并网风电场容量和规模的严重障碍。
（4）变速恒频风力发电技术
变速恒频发电是一种新型的发电技术，通过调节发电机转子电流的大小、频率和相位，或变桨距控制.实现转速的调节.可在很宽的风速范围内保持近乎恒定的最佳叶尖速比，进而实现追求风能最大转换效率；同时又可以采用一定的控制策略灵活调节系统的有功、无功功率，抑制谐波.减少损耗.提高系统效率，因此可以大大提高风电场并网的稳定性。主要性能特点特点如下：
（1）传统的恒速恒频发电方式由于只能固定运行在同步转速上，当风速改变时风力机就会偏离最佳运行转速，导致运行效率下降。而采用变速恒频发电方式，能保证风力机始终运行在最佳转速上，始终捕获最大风能。
（2）变速恒频发电可以在异步发电机的转子侧施加三相低频电流实现交流励磁，控制励磁电流的幅值、頻率、相位实现输出电能的恒频恒压，提高了系统的稳定性。
3 总结
风力发电已经成为当前电力行业中一个极具发展潜力的方向，因为风能资源清洁性、低成本性等众多优势，加上我国可持续发展战略的支持，我们应该加强对风能资源的利用。近年来，我国的风力发电得到了长足的发展，虽然在发展过程中遇到了不小的挑战，但是随着国家在风电行业的进一步投入，各类新兴技术的应用和发展，风力发电具有非常乐观的前景，将会成为我国发展绿色经济的重要助力。
参考文献
[1]王毅，朱晓荣，赵书强.《风力发电系统的建模与仿真》[J].中国水利水电出版社，2015，1
[2]王志新.《现代风力发电技术及工程应用》[J].电子工业出版社，2010，
作者简介
游政（1994-），男，福建省龙岩市，本科在读。
陈雨晴（1994-），女，福建省龙岩市，本科在读。
摘 要：随着传统化石燃料资源日益匮乏以及严峻的环境危机，发展可再生新能源、优化传统能源结构、开发绿色电力迫在眉睫。风能作为一种可再生、低污染、低排放的环保经济能源，随着近年来风力发电技术日臻成熟，加之国家相关政策的支持以及我国风能资源丰富的天然优势，风力发电在我国的新能源发电中扮演了重要的角色。本文概述了介绍了我国近年来的风力发电现状，并针对相应的发电技术做出了介绍了分析。
关键词：风力发电；现状；技术
进入工业社会以来，人类对于能源的需求呈几何量级增长，巨大的能源消耗推动了工业化的进程，提高了社会发展水平和人类生活质量，但同时，燃烧化石能源也造成了难以估量的环境损失。近年来，随着我国工业化和城市化进程的发展，巨大的能源需求和能源、环境双重危机，使得可再生清洁能源的开发和利用逐渐成为电力行业研究的重要方向。在这种趋势下，风力发电凭借自身可再生、低污染、前景广的特点，在清洁能源开发中有着重要的地位。
1 我国风力发电现状及面临的问题
1.1 发展现状
“十五”期间，中国的并网风电得到迅速发展。2006年，中国风电累计装机容量便已达到260万千瓦，成为继欧洲、美国和印度之后，风力发电的主要市场之一。2007年，我国风电产业规模迎来了暴发式增长态势，截至2007年底全国累计装机约600万千瓦。2008年8月，中国风电装机总量已经达到700万千瓦，占中国发电总装机容量的1%，位居世界第五，这也意味着中国已进入可再生能源大国行列。2008年以来，国内风电建设的热潮达到了白热化的程度。2009年，中国（不含台湾地区）新增风电机组10129台，容量13803.2MW，同比增长124%；累计安装风电机组21581台，容量25805.3MW。
从各地区发展情况来看，截止到2009年12月31日，中国风电累计装机超过1000MW的省份超过9个，其中超过2000MW的省份4个，分别为内蒙古（9196.2MW）、河北（2788.1MW）、辽宁（2425.3MW）和吉林（2063.9MW）。总体而言，中国目前的风电场主要分布于风力资源丰富、风能分部密集的区域，已经基本进入了规模化发展的阶段。同时，随着大型机组技术的成熟，风电的装机容量大幅增加，风力发电机组从传统的陆地区域，走向近海发电。借助海上风能资源丰富、区域广阔、不占用土地等多重优点，发展近海风力发电技术已经成为我国风力发电技术研究和应用的热点，为风力发电产业的进一步升级提供了新思路。
1.2 面临问题
1.2.1 风电的不稳定性及间断性
由于风能是自然资源，自身便具有不稳定和不连续的特点，时刻变化的风力大小，会造成产能时而不足，时而过剩的缺点。随着风电在整个电网系统中所占的比例上升，不稳定和不连续的缺点将会被放大，导致电网在运行过程中出现突发故障的几率大大提高，对电网的运行、规划、管理方面都提出了更高的要求。
1.2.2风力发电成本问题
就目前的技术成本来看，风力发电要高于火力发电。由于风能资源丰富的区域多位于偏远地区，需要较长的电网线路及配套设施建设。而且，相比传统的火力发电，风力发电收到天气因素的制约，长期发电不足或者过剩均会提高相应的风电成本。
1.2.3风力发电厂的选址问题
风力发电厂的建设过程中，前期风能资源调查、评估均是工程量巨大的工作，不仅要针对风能密度进行评估，还要。考虑当地的风能灾害问题、电力运输条件、自然环境保护等诸多综合性因素
2 风力发电技术
2.1 风电机组功率控制技术
（1）风力机变桨距控制
根据风力机叶片在轮毂的安装结构可将风机电阻划分成定桨距和变桨距两个大类。定桨距风电机组的特点是，叶片固定在轮毂上，桨叶的安装角不随风速变化而变化。
变桨距风电机组的叶片与轮毂直接则是以非刚性的连接方式，特点为：叶片针对不同风速情况，可以绕叶片纵梁调节截距，保持在最佳的风向攻角度，从而使得风电机组在不同风速下，始终可以保持在最佳转换效率的工作状态下，获得最大的输出功率。当风速过大，高于所设定的最大值时，风力机不再工作，叶片顺桨以保护风力机。变桨距的风电机组在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0°位置不变，不作任何调整；当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，使发电机的输出功率保持在额定功率。此时控制系统参与调节，形成闭环控制，主要的变桨距方式有电液伺服和电气伺服两种。
（2）风力机偏航控制技术
偏航控制系统一般由偏航轴承、驱动装置、制动器、计数器、扭缆保护装置、偏航液压回路组成，主要有被动迎风偏航控制系统和主动迎风偏航控制系统两种。前者主要适用于独立的小型化风电机组，在其工作过程中，由尾舵控制，在风向发生变化时，被动对风；后者主要用于大型化的并网风电机组，由位于下风向的风向标发出风向信号，主动对风控制。
偏航控制系统的主要作用为：与风电机组控制系统相互配合，使得风机叶片始终处于迎风状态，提高发电效率；保障风电机组的安全运行。
（3）恒速恒频风力发电技术
传统的恒速恒频发电系统，由于风速经常性变化，而风力机则保持固定转速，这导致风能利用率低下，风力机常常运行在低效状态。
总之，恒速恒频风力发电技术 ，风能利用率低、需要无功补偿装置、输出功率不可控、叶片特性要求高等不足，成为制约并网风电场容量和规模的严重障碍。
（4）变速恒频风力发电技术
变速恒频发电是一种新型的发电技术，通过调节发电机转子电流的大小、频率和相位，或变桨距控制.实现转速的调节.可在很宽的风速范围内保持近乎恒定的最佳叶尖速比，进而实现追求风能最大转换效率；同时又可以采用一定的控制策略灵活调节系统的有功、无功功率，抑制谐波.减少损耗.提高系统效率，因此可以大大提高风电场并网的稳定性。主要性能特点特点如下：
（1）传统的恒速恒频发电方式由于只能固定运行在同步转速上，当风速改变时风力机就会偏离最佳运行转速，导致运行效率下降。而采用变速恒频发电方式，能保证风力机始终运行在最佳转速上，始终捕获最大风能。
（2）变速恒频发电可以在异步发电机的转子侧施加三相低频电流实现交流励磁，控制励磁电流的幅值、頻率、相位实现输出电能的恒频恒压，提高了系统的稳定性。
3 总结
风力发电已经成为当前电力行业中一个极具发展潜力的方向，因为风能资源清洁性、低成本性等众多优势，加上我国可持续发展战略的支持，我们应该加强对风能资源的利用。近年来，我国的风力发电得到了长足的发展，虽然在发展过程中遇到了不小的挑战，但是随着国家在风电行业的进一步投入，各类新兴技术的应用和发展，风力发电具有非常乐观的前景，将会成为我国发展绿色经济的重要助力。
参考文献
[1]王毅，朱晓荣，赵书强.《风力发电系统的建模与仿真》[J].中国水利水电出版社，2015，1
[2]王志新.《现代风力发电技术及工程应用》[J].电子工业出版社，2010，
作者简介
游政（1994-），男，福建省龙岩市，本科在读。
陈雨晴（1994-），女，福建省龙岩市，本科在读。
