風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

李 凱（中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都611130）

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

李 凱（中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都611130）

隨著經(jīng)濟(jì)及社會的不斷發(fā)展，低碳環(huán)保理念逐步成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，并在各個(gè)領(lǐng)域中得以深入發(fā)展。近年來，能源企業(yè)對清潔新能源的研發(fā)予以高度重視，尤其是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。本文主要從風(fēng)力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀及關(guān)鍵問題入手，重點(diǎn)就提高風(fēng)力發(fā)電技術(shù)水平及未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析，以期對風(fēng)力發(fā)電企業(yè)以及新能源企業(yè)的發(fā)展提出建設(shè)性的思路。

風(fēng)力；發(fā)電；發(fā)展現(xiàn)狀；趨勢

1 引言

近年來，隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，能源企業(yè)對風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究力度和應(yīng)用投入也不斷加強(qiáng)。但是，在實(shí)際發(fā)展過程中，通過對風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的各項(xiàng)調(diào)研中不難看出，風(fēng)力發(fā)電尚存在機(jī)組特性與風(fēng)資源、風(fēng)功率預(yù)測的匹配有待于進(jìn)一步提升，以及如何在邊遠(yuǎn)山區(qū)開發(fā)風(fēng)資源并解決運(yùn)輸困難等方面問題，對風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的推廣和發(fā)展產(chǎn)生了一定的阻礙作用。為此，筆者站在大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了較為廣泛的研究，并從以下幾個(gè)方面內(nèi)容展開分析。

2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀及關(guān)鍵問題

2.1 機(jī)組技術(shù)特性與風(fēng)資源匹配問題

2.1.1 風(fēng)電場規(guī)模在建設(shè)風(fēng)電場尤其是低風(fēng)速風(fēng)電場的過程中，盲目追求風(fēng)電場規(guī)模而增加機(jī)位的情況普遍存在。就目前而言，很多能源企業(yè)為充分利用場地從而提高裝機(jī)規(guī)模，在開發(fā)風(fēng)資源的過程中，往往將風(fēng)電場規(guī)模機(jī)械的規(guī)定為50、100MW等，遇到風(fēng)能資源比較豐富的地區(qū)，這樣做可以確保風(fēng)能項(xiàng)目開發(fā)價(jià)值的最大化。但是對于低風(fēng)速風(fēng)電場而言，這樣做極易導(dǎo)致風(fēng)電項(xiàng)目盈利下降或虧損。在對低風(fēng)速風(fēng)電場進(jìn)行建設(shè)的過程中，相關(guān)風(fēng)資源計(jì)算人員應(yīng)該與投資項(xiàng)目公司管理人員、項(xiàng)目技經(jīng)人員進(jìn)行積極的交流與溝通，并通過對發(fā)電小時(shí)數(shù)、度電成本變化、總投資額度、內(nèi)部收益率等予以反復(fù)測算，對風(fēng)電投資及建設(shè)方案進(jìn)行不斷調(diào)整和優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電場裝機(jī)規(guī)模方案的合理選擇。

2.1.2 尾流影響

一般來說，風(fēng)資源好的機(jī)位僅僅占據(jù)整個(gè)場址的一小部分。所以，在對低風(fēng)速風(fēng)電場的風(fēng)機(jī)布設(shè)過程中應(yīng)對尾流影響予以充分考慮，更不能簡單的執(zhí)行我國當(dāng)前 “單機(jī)不超過10%、整體不超過8%”的標(biāo)準(zhǔn)。而是應(yīng)該與實(shí)際情況相結(jié)合，并依據(jù)風(fēng)資源以及投資情況對風(fēng)電場風(fēng)機(jī)位予以合理布置，盡可能降低尾流對風(fēng)電場的影響。

2.1.3 輪轂高度

一般來說，在正切變風(fēng)的情況下，低風(fēng)速風(fēng)場應(yīng)選用較高的輪轂，然后依據(jù)風(fēng)切變系數(shù)的變化情況，也就是輪轂高度出現(xiàn)變化時(shí)對發(fā)電量以及投資費(fèi)用的影響予以合理對比。同時(shí)，為了對處于較高高度的風(fēng)切變情況予以全面掌握，建議在低風(fēng)速區(qū)域應(yīng)盡量選擇高度較高的測風(fēng)塔，如90m等。

2.2 風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)有待于進(jìn)一步提升

在實(shí)際操作過程中，風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)不僅能夠改善風(fēng)電并網(wǎng)給電力系統(tǒng)帶來的影響，還能夠進(jìn)一步推進(jìn)風(fēng)電與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展。通過對風(fēng)電場的出力情況予以盡可能精準(zhǔn)的預(yù)測，能源企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)對常規(guī)電場發(fā)電計(jì)劃的合理安排，從而減少系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用，能較為明顯地降低電力系統(tǒng)運(yùn)行成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。此外，對風(fēng)電負(fù)荷波動情況予以盡可能精準(zhǔn)的預(yù)測，并據(jù)此采取合理策略，可以有效提升整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性。與此同時(shí)，提升風(fēng)功率預(yù)測水平還能有效實(shí)現(xiàn)調(diào)度人員的合理安排、發(fā)電計(jì)劃以及機(jī)組組合方案的科學(xué)性，為保障電力系統(tǒng)提供較為有力的支撐。

在國外，進(jìn)行風(fēng)功率預(yù)測工作已經(jīng)有二十多年的歷史，而且在短期精準(zhǔn)預(yù)測方面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商用化，比較著名的商業(yè)軟件主要有美國True Wind Solutions公司的E-Wind、德國的WPMS、法國Ecole desMines de Paris公司的AWPPS等。就目前而言，國內(nèi)針對風(fēng)功率預(yù)測方面的研究工作起步比較晚，尚處于發(fā)展階段。為此，應(yīng)在積極引進(jìn)西方發(fā)達(dá)國家先進(jìn)技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加大自主創(chuàng)新力度，從而開發(fā)出于我國國情相適應(yīng)的風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)及工具。能夠滿足實(shí)際的、較為準(zhǔn)確的風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)是我國進(jìn)行大規(guī)模風(fēng)電開發(fā)的基本前提和重要保證。

2.3 邊遠(yuǎn)山區(qū)風(fēng)能開發(fā)及運(yùn)輸問題

為了有效實(shí)現(xiàn)對邊遠(yuǎn)山區(qū)自然資源的充分利用，并提高當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平和人民群眾的生活水平，政府部門可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀毁Y源稟賦，對如何合理、有效地開發(fā)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)能資源進(jìn)行思考和研究論證。具體來講，就是依據(jù)當(dāng)?shù)氐臍v史氣象數(shù)據(jù)及地形地貌，密切與具備較高技術(shù)水平的科研機(jī)構(gòu)合同，在當(dāng)?shù)乜傮w經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展規(guī)劃、能源規(guī)劃的框架下，提出符合實(shí)際的風(fēng)資源開發(fā)規(guī)劃。在實(shí)際操作過程中，邊遠(yuǎn)山區(qū)風(fēng)能開發(fā)具有以下幾個(gè)方面的困難：

2.3.1 資源豐富，觀測資料匱乏

因技術(shù)及經(jīng)濟(jì)條件的影響，我國氣象觀測網(wǎng)站點(diǎn)比較少，且大多數(shù)分布在縣級以上的城鎮(zhèn)周邊，其觀測資源僅僅能夠城鎮(zhèn)附近的情況予以客觀顯示。加上，地形地貌對風(fēng)資源產(chǎn)生重要影響，特別是在山區(qū)，這種情況更為顯著?？梢哉f，在各種氣象要素中，風(fēng)資源對地形地貌的敏感性最高。我國現(xiàn)有風(fēng)能資源觀測資料僅僅是幾處典型情況，并不具備局部或較小區(qū)域內(nèi)的全面性與客觀性，雖然其能夠在一定程度上反映出我國某處高山風(fēng)場的風(fēng)能資源情況，但由于地形地貌的復(fù)雜性，僅僅靠幾個(gè)站點(diǎn)的觀測數(shù)據(jù)，無法實(shí)現(xiàn)對山區(qū)風(fēng)場風(fēng)能資源的精準(zhǔn)推算。也就說，風(fēng)能資源觀測資料的缺乏是阻礙邊遠(yuǎn)山區(qū)風(fēng)電開發(fā)的一個(gè)主要因素。

2.3.2 分布復(fù)雜，觀測難度大、評價(jià)要求高

山區(qū)風(fēng)能資源除了與地形有著密切關(guān)聯(lián)之外，還受海拔、植被以及坡向問題影響較大。地形以及其他因素的不規(guī)律變化，導(dǎo)致山區(qū)風(fēng)能資源分布的復(fù)雜性。總體看來，邊遠(yuǎn)山區(qū)風(fēng)能資源分布具有明顯的離散性，且連片風(fēng)場存在面積小、風(fēng)能資源分布差異明顯等特點(diǎn)，這就對風(fēng)能資源觀測和評價(jià)提出了更高的要求，也給風(fēng)能資源開發(fā)增加了一定的困難。

3 問題解決的途徑

3.1 加大對風(fēng)電技術(shù)的研究力度

具體來說，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：①對于那些風(fēng)能密度較大的區(qū)域，可以使用調(diào)節(jié)功率的方式，有效提升發(fā)電功率，保護(hù)發(fā)電機(jī)組免受損害；②在具體調(diào)節(jié)過程中，可以通過定槳距失速型風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電功率的合理控制；③對于風(fēng)資源分布不理想的區(qū)域，可借鑒光伏的儲能技術(shù)，其不僅能夠?qū)崿F(xiàn)不同環(huán)境下對電能的合理利用，還能增加一定的機(jī)組容量。因此，加強(qiáng)風(fēng)電技術(shù)的研究對于提升風(fēng)力發(fā)電技術(shù)水平具有重要的意義。

3.2 建立健全可再生能源發(fā)展政策

對于全國乃至全世界而言，無論是可再生資源還是不可再生資源，都是非常寶貴的，是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展重要的發(fā)動機(jī)和支撐，并為確保國家的可持續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。所以，建立健全可再生能源的發(fā)展政策，具備相當(dāng)?shù)默F(xiàn)實(shí)可操作性，并在實(shí)際操作過程中予以嚴(yán)格落實(shí)，對于一個(gè)國家能源合理開發(fā)與利用發(fā)揮著重要意義。

3.3 促進(jìn)風(fēng)電新技術(shù)向商用的方向發(fā)展還是采用拿來主義，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)處于不斷完善的狀態(tài)，商用化方式也不斷成熟。在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電的過程中，加大對風(fēng)電新技術(shù)商用化的力度，不僅能夠明顯增加機(jī)組容量，還能降低風(fēng)力發(fā)電成本，提升風(fēng)力發(fā)電價(jià)值，大大提升了風(fēng)資源的利用效率和利用水平。

4 發(fā)展趨勢預(yù)期

隨著全球工業(yè)的發(fā)展，溫室效應(yīng)也處于逐步惡化狀態(tài)，這就對環(huán)境保護(hù)提出了更高的要求。各國紛紛將關(guān)注的焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向清潔型能源的開發(fā)和使用上。作為一種發(fā)展初具規(guī)模且技術(shù)不斷成熟的能源利用方式，風(fēng)力發(fā)電在發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)中占據(jù)十分重要的地位，具有廣闊的市場發(fā)展前景。就目前而言，單機(jī)容量大型化發(fā)展優(yōu)勢比較明顯，其也必將成為風(fēng)力發(fā)電的一大重要趨向。具體來說，針對驅(qū)動方式的不同，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)主要分為以下兩種形式：①雙饋式，其主要是通過齒輪箱多級變速來對雙饋異步發(fā)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動的，這也是當(dāng)前市場的一種主流產(chǎn)品；②直驅(qū)式，其主要是通過風(fēng)輪實(shí)現(xiàn)對同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行直接驅(qū)動的。因在雙饋式驅(qū)動方式中，變速齒輪箱位于風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)之間，極易產(chǎn)生較大的噪音，且機(jī)械磨損程度也比較高，而使用直驅(qū)式風(fēng)力機(jī)則可以免去齒輪箱環(huán)節(jié)，不僅降低了投資成本，還減少了停機(jī)時(shí)間、傳動鏈損失以及能量損失等，大大降低了噪音污染，提升了系統(tǒng)的安全性與可靠性，市場占有額日益增大。隨著經(jīng)濟(jì)及科技的不斷發(fā)展，電力電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的逐步成熟，使得在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中運(yùn)用直接驅(qū)動永磁發(fā)電機(jī)的方式成為一種可能，未來，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電成為一大重要趨向。

5 結(jié)語

總而言之，風(fēng)力發(fā)電作為我國能源電力發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)，為實(shí)現(xiàn)能源電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境保護(hù)發(fā)揮著十分重要的作用。近年來，隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，我國風(fēng)力發(fā)電規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，其在應(yīng)用過程中不可避免地會產(chǎn)生一系列技術(shù)問題，這與相關(guān)技術(shù)人員的專業(yè)水平、能源政策的建立及完善、社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著密切的關(guān)系。所以，為進(jìn)一步提升我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)水平，還需要采取合理措施進(jìn)一步提升技術(shù)人員專業(yè)技能、積極引進(jìn)西方發(fā)達(dá)國家先進(jìn)理念和技術(shù)，加大自主創(chuàng)新力度，為此為我國風(fēng)力發(fā)電的健康、可持續(xù)發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。

［1］馬 歡，武 健，關(guān)曉晴.中、微尺度嵌套技術(shù)進(jìn)行大范圍風(fēng)資源評估及驗(yàn)證［J］.神華科技，2016（01）：89～90.

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［3］張 宇，張 華，歐海慶.SRTM數(shù)據(jù)在山地風(fēng)電場風(fēng)資源評估中的應(yīng)用［J］.中國電力，2015（03）：45～46.

在我國，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)起步比較晚，但是我國政府相關(guān)部門對風(fēng)力發(fā)電都予以了高度重視。無論是加大科研開發(fā)投入，

TM614

A

2095-2066（2016）28-0050-02

2016-9-20

李 凱（1977-），男，高級工程師，電氣工程碩士，主要從事新能源行業(yè)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、咨詢、工程管理以及能源電力的政策研究工作。