宋波

摘 要：與傳統(tǒng)的化石能源相比，風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)能是一種對環(huán)境友好并且可再生的能源，世界各國都在關(guān)注并利用風(fēng)力發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電的前景非常可觀。我國的風(fēng)力發(fā)電行業(yè)能夠?qū)ふ也罹?、定好位置、抓住機(jī)遇，進(jìn)而推動我國風(fēng)電行業(yè)的大力發(fā)展。本文首先分析了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，然后對風(fēng)力發(fā)電發(fā)展存在的問題進(jìn)行了分析，探后提出了發(fā)展的策略。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電發(fā)展；問題；發(fā)展

引言

風(fēng)力發(fā)電目前發(fā)展迅速，日趨成熟，越來越多的國家加大了風(fēng)力發(fā)電的研究與推廣，并取得了矚目的成就，我國不但著力于陸基大型風(fēng)力發(fā)電的開發(fā)，而且對于海上，區(qū)域性小風(fēng)力發(fā)電設(shè)備設(shè)施，風(fēng)光互補發(fā)電技術(shù)也進(jìn)行了大力的開發(fā)，風(fēng)力發(fā)電將成為未來綠色新能源的重要開發(fā)方向，市場前景廣闊。

1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

風(fēng)能源于太陽輻射使地球表面受熱不均、導(dǎo)致大氣層中壓力分布不均而使空氣沿水平方向運動所獲得的動能。據(jù)估計，地球上可開發(fā)利用的風(fēng)能約為2×107MW，是水能的10倍，只要利用1%的風(fēng)能即可滿足全球能源的需求。典型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要由風(fēng)輪（包括葉片、輪轂）、（增速）齒輪箱、發(fā)電機(jī)、對風(fēng)裝置（偏航系統(tǒng)）、塔架等構(gòu)成（圖1）。其工作原理為：風(fēng)以一定的速度和攻角流過槳葉，使風(fēng)輪獲得旋轉(zhuǎn)力矩而轉(zhuǎn)動，風(fēng)輪通過主軸聯(lián)接齒輪箱，經(jīng)齒輪箱增速后帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。

由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組頻繁起停，風(fēng)輪轉(zhuǎn)動慣量又很大（大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單個葉片重達(dá)數(shù)噸），故風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速設(shè)計值較低，通常為20～30r/min（機(jī)組容量越大，轉(zhuǎn)速越低）；另一方面，為了限制發(fā)電機(jī)的體積和重量，其極對數(shù)較少，故在風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)間通常設(shè)置增速齒輪箱，將風(fēng)輪輸入的較低轉(zhuǎn)速增速到1000～1500r/min以滿足發(fā)電機(jī)所需。

2風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)從形式上有離網(wǎng)型、并網(wǎng)型。離網(wǎng)型的單機(jī)容量?。s為0.1～5kW，一般不超過10kW），主要采用直流發(fā)電系統(tǒng)并配合蓄電池儲能裝置獨立運行；并網(wǎng)型的單機(jī)容量大（可達(dá)MW級），且由多臺風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電機(jī)群（風(fēng)電場）集中向電網(wǎng)輸送電能。另外，中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)可并網(wǎng)運行，也可與其它能源發(fā)電方式相結(jié)合（如風(fēng)電-水電互補、風(fēng)電-柴油機(jī)組發(fā)電聯(lián)合）形成微電網(wǎng)。并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電的頻率應(yīng)保持恒等于電網(wǎng)頻率，按其發(fā)電機(jī)運行方式可分為恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)兩大類。恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高等優(yōu)點，其主要缺點為：運行范圍窄；不能充分利用風(fēng)能（其風(fēng)能利用系數(shù)不可能保持在最大值）；風(fēng)速躍升時會導(dǎo)致主軸、齒輪箱和發(fā)電機(jī)等部件承受很大的機(jī)械應(yīng)力。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其主要特點為：低于額定風(fēng)速時，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)速跟隨風(fēng)速變化，使風(fēng)輪的葉尖速比保持在最佳值，維持風(fēng)電機(jī)組在最大風(fēng)能利用率下運行；高于額定風(fēng)速時，調(diào)節(jié)槳距以限制風(fēng)力機(jī)吸收的功率不超過最大值；恒頻電能的獲得是通過發(fā)電機(jī)與電力電子變換裝置相結(jié)合實現(xiàn)的。風(fēng)力發(fā)電原理目前已經(jīng)獲得了巨大的進(jìn)步，并且實現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用，得到了全世界范圍的認(rèn)可和使用，這與風(fēng)力發(fā)電本身具有的先天優(yōu)勢是分不開的。

3風(fēng)力發(fā)電發(fā)展存在的問題

（1）風(fēng)能資源的評估不縝密

我國的風(fēng)力發(fā)電中進(jìn)行資源集中管理的基礎(chǔ)是評估并且制定風(fēng)力發(fā)電的規(guī)劃，國家電力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)劃以及風(fēng)能資源集中管理。當(dāng)前我國有關(guān)機(jī)構(gòu)所開展的風(fēng)力能源評估已經(jīng)落后于現(xiàn)在大部分風(fēng)力發(fā)電場項目，開展新一階段現(xiàn)有的與風(fēng)力發(fā)電有關(guān)的相關(guān)資料的整理與新的調(diào)查與評估，對陸地與近海風(fēng)力進(jìn)行檢測，在筆者看來是非常有必要的，還可以同時開展對現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電場的產(chǎn)能檢測與長期規(guī)劃。

（2）現(xiàn)有的國家電力網(wǎng)絡(luò)與風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展不協(xié)調(diào)

現(xiàn)階段我國電力網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的管理與運營和風(fēng)力發(fā)電的協(xié)調(diào)性不夠完美，電力網(wǎng)絡(luò)關(guān)于風(fēng)力發(fā)電場接入電網(wǎng)的工作沒有做好，國家電網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃不能很好的顧及到風(fēng)力發(fā)電場的發(fā)展，這就需要政府完善相關(guān)的管理辦法來促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電場與國家電網(wǎng)的協(xié)調(diào)，以此來保證電力運輸工作的順利開展。

（3）我國電價需要調(diào)整

風(fēng)力發(fā)電項目的虧損，最重要的原因在于電價的高低。不管是哪種電力價格制定方式，政府都必須進(jìn)行強(qiáng)有力的規(guī)范引導(dǎo)，對風(fēng)力發(fā)電的項目給予必要的優(yōu)惠政策。當(dāng)前的風(fēng)力發(fā)電電價過低，打壓了投資方的利益，嚴(yán)重影響了整個項目的工程質(zhì)量，對整個生態(tài)圈的建設(shè)產(chǎn)生了不良影響。

4相關(guān)問題的解決策略

（1）明確我國風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展目標(biāo)。改變視角，轉(zhuǎn)換到戰(zhàn)略層面，未來我國風(fēng)力發(fā)電的重要目標(biāo)是促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造企業(yè)的自主創(chuàng)新，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，全力降低本國的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造的成本，加快貧困地區(qū)的發(fā)展。（2）總結(jié)特許權(quán)。進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電項目的全面總結(jié)與反思，結(jié)合過去我國風(fēng)力發(fā)電項目，逐漸的進(jìn)行電價的改革，或者在某些地區(qū)，施行區(qū)間電價策略，把電力價格進(jìn)行穩(wěn)定。（3）相關(guān)設(shè)備制造企業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級。我國風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造企業(yè)必須緊緊抓住現(xiàn)有的市場資源，對國外的先進(jìn)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進(jìn)行消化吸收，開展產(chǎn)品的國有化進(jìn)程。在積累了足夠的經(jīng)驗后，加快開展風(fēng)電設(shè)備的自主研發(fā)，以此來降低風(fēng)電的成本，保證風(fēng)電投資商獲得足夠的利潤，并且有信心進(jìn)行二次投資，促進(jìn)我國風(fēng)力發(fā)電的快速發(fā)展。（4）逐步協(xié)調(diào)電網(wǎng)與風(fēng)力發(fā)電項目。發(fā)展風(fēng)力發(fā)電項目必須要和地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況相協(xié)調(diào)，在缺乏能源的沿海地區(qū)大力開展風(fēng)力發(fā)電項目，而風(fēng)力資源充足的西部，隨電網(wǎng)容量的擴(kuò)充，也要大范圍開展風(fēng)力發(fā)電項目。（5）為風(fēng)力發(fā)電企業(yè)提供融資便利。從往年來看，我國在風(fēng)力發(fā)電這個項目的發(fā)展過程中，投資不是很多，這和我國的第二經(jīng)濟(jì)體比起來，嚴(yán)重不符合。從現(xiàn)在起，不但國家要加大對風(fēng)力發(fā)電相關(guān)企業(yè)的幫扶，企業(yè)還要進(jìn)行多種渠道的融資，可以進(jìn)行法律允許的資產(chǎn)重組、發(fā)行債劵、股票、貸款等形式，獲得更大的發(fā)展空間，促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電場的建設(shè)工程順利開展。（6）進(jìn)行規(guī)模發(fā)展與分散開發(fā)的融合。用風(fēng)力發(fā)電的項目來帶動一個地區(qū)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，假設(shè)建成了多個100萬kW的超大型風(fēng)力發(fā)電場。而另外的一個發(fā)展潮流就是進(jìn)行分布式開發(fā)風(fēng)電項目，就好像德國并不存在10萬kW級別的風(fēng)力發(fā)電場，然而這個國家的風(fēng)力發(fā)電總的產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到了驚人的1800多萬KW。所以，結(jié)合地區(qū)實際情況，充分利用中小型的風(fēng)力發(fā)電場，完全可以考慮進(jìn)行農(nóng)村分散式布網(wǎng)。

結(jié)束語

在眾多的新能源應(yīng)用開發(fā)過程中，風(fēng)力發(fā)電作為重要的能源來源被當(dāng)今眾多的國家開發(fā)和利用，風(fēng)力發(fā)電具有重要的再生性、清潔性。在能源利用逐年增加的當(dāng)今世界，風(fēng)力發(fā)電越來越被世界各國重視，對風(fēng)力發(fā)電需求正逐年的增加，在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)上相應(yīng)的也需要技術(shù)能力的同步發(fā)展，以適應(yīng)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的技術(shù)支持。我國的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟完善，具有深厚的市場發(fā)展?jié)摿Γ灰獓掖罅Ψ龀?，企業(yè)積極進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，我國的風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈將會更加完善，對環(huán)境保護(hù)做出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]孔德鈺.我國分布式風(fēng)力發(fā)電發(fā)展中的環(huán)境法律問題研究[D].云南大學(xué)，2016.

[2]汪鋒.海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電控系統(tǒng)設(shè)計和可靠性研究[D].華北電力大學(xué)（北京），2016.

[3]侯威.風(fēng)力發(fā)電項目的投資風(fēng)險評價方法研究[D].華北電力大學(xué)，2016.

[4]劉波，賀志佳，金昊.風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].東北電力大學(xué)學(xué)報，2016，3602：7-13.

[5]蘭江.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展及關(guān)鍵問題探究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2016，19：70-72.endprint