王海軍 王磊

摘要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，對電能的需求越來越大，傳統(tǒng)的火力發(fā)電已經(jīng)很難滿足當代社會對電力能源的需求。風力發(fā)電技術因為無污染、可無限循環(huán)使用，近幾年取得了很大的進展，在很多地區(qū)得到了廣泛的應用。風力發(fā)電技術的應用前景和發(fā)展?jié)摿Ψ浅？捎^，文章對分布式風力發(fā)電技術與功能系統(tǒng)進行了深刻的分析與探討。

關鍵詞：分布式；風力發(fā)電；供能系統(tǒng)；可再生能源；風點能源

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）31-0087-03

隨著全球能源緊張進一步加劇，可再生能源越來越受到人們的廣泛關注。作為重要的可再生能源，風電資源近年來得到了進一步的開發(fā)利用。風力發(fā)電技術發(fā)展到今天已經(jīng)相對成熟，其應用前景在全球能源枯竭的背景下也越來越光明。風電資源清潔無污染、安全可控，是一種優(yōu)質(zhì)的可再生新能源，分布式發(fā)電技術在我國已經(jīng)得到廣泛的應用，我國風力發(fā)電網(wǎng)已經(jīng)與其他電網(wǎng)聯(lián)合運行，給現(xiàn)代電力發(fā)電系統(tǒng)運行與控制帶來巨大的變化。因此，筆者對分布式風力發(fā)電技術的研究具有重要的理論意義和重大應用價值。本文首先簡要介紹了分布式發(fā)電對我國能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和能源利用結構的意義，對風力發(fā)電的現(xiàn)狀進行了簡單分析，闡述了分布式風力發(fā)電系統(tǒng)和技術的關鍵性問題，最后對分布式風力發(fā)電的未來研究方向和需要進一步研究的問題做了展望。

1 發(fā)展分布式風力發(fā)電的意義

我國是人口大國，也是能源消耗大國，近年來隨著經(jīng)濟的發(fā)展對電能的需求愈加迫切，傳統(tǒng)的火力發(fā)電已經(jīng)很難滿足社會的電能需求，而且日益突出的環(huán)境問題也不適合在大力發(fā)展以燃煤為主的火力發(fā)電。放眼全球，能源緊張已經(jīng)成為困擾世界各國的一大難題，能源安全成為新的國際問題。在這種背景下，大力發(fā)展可再生能源成為解決這一難題的有效途徑。分布式風力發(fā)電技術投資小，見效快，無二次污染，系統(tǒng)運行安全可靠，是解決我國環(huán)境污染和保障我國電力安全的重要途徑之一。分布式風力發(fā)電除直接向終端電能用戶提供電能外，還可以將分布式發(fā)電供能系統(tǒng)以微網(wǎng)的形式接入電網(wǎng)，與大電網(wǎng)并網(wǎng)運行，相互支撐，在電能利用結構上，有效調(diào)節(jié)用電峰谷，減輕用電高峰期電網(wǎng)負荷壓力，促進電能資源的優(yōu)化配置，是發(fā)揮分布式風力發(fā)電供能系統(tǒng)效能的最有效方式。

在眾多的可再生能源中，風電資源是目前應用最為廣泛、技術條件最完備、投資成本與產(chǎn)出比例最高的一種，隨著分布式發(fā)電與供能技術的發(fā)展，風能與太陽能等可再生能源作為分布式電源并網(wǎng)發(fā)電是必然趨勢。我國風能資源分布廣泛，很多地區(qū)都具備利用風能建設分布式風力發(fā)電廠的優(yōu)良條件，當前應當大力發(fā)展可再生能源，加大對相關科學研究項目的投入力度，提高風力發(fā)電裝備制造水平，對分布式發(fā)電系統(tǒng)與接入電網(wǎng)并網(wǎng)運行相關控制技術加快研究步伐，盡快優(yōu)化電網(wǎng)運行結構，提高電力資源的利用率。分布式發(fā)電接入電網(wǎng)并網(wǎng)運行會對傳統(tǒng)電網(wǎng)的運行穩(wěn)定性和整個電力系統(tǒng)的系統(tǒng)控制和繼電保護帶來一定的影響，所以相關的微網(wǎng)運行控制技術和關鍵的電子設備研發(fā)技術一定要研究成熟。分布式風力發(fā)電機按照機組容量可以分為大型風力發(fā)電機組與中小型風力發(fā)電機組。我國幅員遼闊，邊遠地區(qū)架設輸送電網(wǎng)路十分艱難，采用分布式發(fā)電機組實行離網(wǎng)發(fā)電可以有效解決邊遠地區(qū)的用電難題。

2 風力發(fā)電現(xiàn)狀及分析

風能是一種優(yōu)質(zhì)的可再生能源，可以無限循環(huán)利用，利用風能發(fā)電不會產(chǎn)生任何污染，對環(huán)境沒有任何破壞，所以說風電是一種十分清潔的能源。在傳統(tǒng)能源日益枯竭、環(huán)境問題愈演愈烈的今天，風電能源的開發(fā)利用擁有廣闊的發(fā)展前景。地球上的風無處不在，只要有太陽，地球上就會循環(huán)產(chǎn)生大氣流動，從而產(chǎn)生風能。所以說，風能幾乎是取之不盡、用之不竭的一種能源。尤其是一些交通運輸不方便的偏遠山區(qū)、海島、草原等地方，傳統(tǒng)的電網(wǎng)鋪不過去，常規(guī)的煤油氣等能源又運輸不便，在這些地方建設分布式的風力發(fā)電機組具有天然的區(qū)位優(yōu)勢。風力發(fā)電對我國偏遠地區(qū)的人民群眾生產(chǎn)生活的改善有著重要意義。我國國土面積廣闊，地理環(huán)境復雜多樣，利用風能發(fā)電可就地取材，無需運輸，具有很大的優(yōu)越性。風電強大的優(yōu)越性和頑強的適應性在能源緊張的今天發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

3 分布式風力發(fā)電研究

3.1 分布式風力發(fā)電系統(tǒng)的特點

分布式風力發(fā)電系統(tǒng)的最大特點就是環(huán)境適應性強，無論是高原、山地，還是海島、邊遠地區(qū)，只要風能達到一定的條件，都可以正常運行，為用戶終端供電。一般來說風力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電是可以互相補充的，風力發(fā)電機組和太陽能光伏儲電裝置通過技術改造可以共同組合成一套聯(lián)合供電系統(tǒng)，解決小范圍的居民生活用電完全不成問題。

3.2 分布式風力發(fā)電技術發(fā)電原理

風力發(fā)電從技術角度可以分為恒速恒頻和變速恒頻兩種類型。變速恒頻技術因其利用風能充分、控制系統(tǒng)先進、靈活而成為風電技術的主流。在實際利用中，分布式風力發(fā)電一般與其他發(fā)電形式相互組合，例如風力發(fā)電同太陽能發(fā)電相組合形成的“風光”發(fā)電系統(tǒng)；風力發(fā)電同柴油機組發(fā)電組合形成的“風油”發(fā)電系統(tǒng)；還有三者共同組合成的“風光油”發(fā)電系統(tǒng)。不同地區(qū)根據(jù)各自不同的特點選擇適合自身條件的組合形式，充分利用環(huán)境優(yōu)勢發(fā)展新型能源。尤其值得關注的是“風光”組合發(fā)電系統(tǒng)，使用純天然、無污染的風能和光能發(fā)電，代表著分布式發(fā)電技術的未來發(fā)展方向。從嚴格意義上來說，風能也是來自于太陽能，是太陽對地球大氣造成影響產(chǎn)生的氣流，無論是在時間上還是在空間上，二者都有著很強的互補性，太陽能光伏發(fā)電技術和風力發(fā)電技術在環(huán)境適應性上不相上下，都適合建立分布式發(fā)電機組，二者組合擁有良好的匹配性，在未來很長一段時間里會成為引領可再生能源開發(fā)的趨勢潮流。從風能資源的地域分布上看，越是位置偏遠、人煙稀少的地方風能資源就越豐富，而這些地方無論是交通成本還是常規(guī)電網(wǎng)供電成本都相當?shù)母?，由于人口稀少，用電負荷普遍不高，在這些地區(qū)周邊發(fā)展風力發(fā)電，能夠充分利用好豐富的風能資源，除供應周邊居民用電外，還可以接入大電網(wǎng)支持周邊城市的電網(wǎng)

供應。

3.3 分布式風力發(fā)電應用前景

我國的風能資源在地域分布上范圍十分遼闊，四大高原地形、內(nèi)蒙古大草原、覆蓋大部分地區(qū)的山地、眾多島嶼、平原丘陵等地區(qū)都有十分豐富的風能資源，分布式風力發(fā)電技術在我國有著廣闊的應用前景和巨大的商業(yè)潛力。目前我國對風力發(fā)電技術的應用主要在小型分布式風力發(fā)電機組上，如為高原地區(qū)的農(nóng)牧民提供用電服務的小風電機組。在提倡節(jié)能減排，發(fā)展低碳經(jīng)濟的今天，一些城市也在逐步探索開發(fā)利用新型能源，安全無污染、技術相對成熟、環(huán)境友好型的風力發(fā)電技術不斷被應用在城市建設中。隨著傳統(tǒng)常規(guī)能源價格進一步上漲，風電的成本優(yōu)勢會更加凸顯；科技的進步和社會經(jīng)濟水平的進一步提高會使電力需求不斷增加，未來分布式風力發(fā)電的應用會越來越多，小型風電業(yè)在不久的將來定會發(fā)生翻天覆地的變化，取得長足的進展。

4 分布式風力發(fā)電系統(tǒng)的分析

4.1 分布式風力發(fā)電機研制方面

考慮到分布式發(fā)電系統(tǒng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟性與適用廣泛性的要求，需要風力發(fā)電機有較寬的工作風速范圍（3～25m/s），使用變速恒頻技術可以使風力發(fā)電機在更寬的工作風速范圍內(nèi)保持正常運行，最大限度地開發(fā)風能資源，提高風電機組的發(fā)電效率、降低單位功率的風力發(fā)電成本。在大型風力發(fā)電機組中，風力發(fā)電機的工作風速問題在一定程度上得到了解決，如圖1所示，大型風力發(fā)電機在對風能的開發(fā)利用上，在運行中主要通過兩個階段來實現(xiàn)，當風況低于額定風速（14m/s）時，發(fā)電機組可以自動控制反力矩將機組的轉速同風速相吻合；當風況高出額定風速時，發(fā)電機組通過自動改變槳距來調(diào)節(jié)發(fā)電機功率，使輸出電壓保持穩(wěn)定。除了大型風力發(fā)電機組，其他中小型機組往往采取固定槳距，改變輸出功率的方式來適應風速變化，如圖2所示，當?shù)仫L速高于額定風速（中小型風力發(fā)電機額定風速為11m/s）時，發(fā)電機組的輸出功率就會下降，對風能的開發(fā)利用就不夠充分，風電效率進而降低。

由此可見，大型風力發(fā)電機組同中小型定槳距風力發(fā)電機二者無論是內(nèi)部結構還是運行成本上都存在著諸多差異。從對風能的利用上來看，中小型定槳距風力發(fā)電機不能夠充分開發(fā)利用風能資源，這對于分布式風力發(fā)電技術的要求來說并不相符。國外曾有技術人員嘗試將大型風力發(fā)電機組的反力矩裝置和相關技術應用到中小型風力發(fā)電機上來，雖然付出了大量的艱辛努力，做了無數(shù)次試驗，最終還是失敗了，事實證明，二者間變槳技術的簡單移植沒有可行性。想要完全解決這一難題，中小型定槳距風力發(fā)電機能夠符合分布式并網(wǎng)風力發(fā)電技術的具體要求，就要對中小型風電機進行專門的攻關設計。為此，國內(nèi)相關的科研機構在這一領域都進行了不懈的研究試驗，并取得了一定的理論成果，掌握了風力發(fā)電技術試驗的相關數(shù)據(jù)，在這一領域的研究填補了國內(nèi)空白，在國際上也處于領先地位。

4.2 分布式發(fā)電理論與技術研究方面

分布式風力發(fā)電技術從20世紀70年代以來經(jīng)過國內(nèi)外眾多專家學者的努力研究，到今天已經(jīng)相當成熟。當前，在能源、環(huán)境等問題的巨大壓力下，風力發(fā)電又一次煥發(fā)青春，再次受到各個國家和地區(qū)的高度重視。隨著科學技術的進步，風電行業(yè)科技應用水平不斷提高，風電的單機容量和應用領域也不斷擴大。目前筆者所知的風力發(fā)電機的單機容量最高已經(jīng)達到了2000kW，風電機組的風輪直徑也變得越來越大，變速變槳技術在風力發(fā)電技術上應經(jīng)得到普遍使用。

總之，分布式風力發(fā)電技術作為一種新型的可再生能源，以其自身的諸多優(yōu)勢正獲得越來越多的青睞，傳統(tǒng)能源的枯竭和環(huán)境問題的日益惡化使未來的能源開發(fā)領域逐漸轉向可持續(xù)發(fā)展的可再生能源，分布式風力發(fā)電技術正面臨著巨大的發(fā)展

機遇。

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