【专题　应用】风力发电技术

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主要内容：

一、新能源简介

　　世界新能源与可再生能源发展飞速，技术上逐步成熟，经济上也逐步为人们所接受。新能源和可再生能源包括水能、生物质能、太阳能、风能、地热能和海洋能等，它们消耗之后可以得以恢复补充，不产生污染物。其中地球上可以利用的风能为106MW，可利用风能的数量是地球上可利用的水力的1 0 倍。因此，在可再生能源中，风能是一种非常可观的、有前途的能源。

二、风力发电的国内外发展现状

风能：
陆上可开发的储量为2.53亿kW
海上可开发的储量为7.5亿kW
太阳能：年辐照总量大于5020MJ/m2
地热，生物质能，储量也十分丰富

三、风力发电技术的发展研究现状
　　风力发电的过程就是风能经由机械能转换为电能的过程，典型的风力发电系统通常由风能资源、风力发电机组、控制装置、蓄能装置、备用电源及电能用户组成。

1 、风力机的特性曲线

　　风力机的特性通常用风能利用系数Cp～叶尖速比λ曲线来表示，如右图所示。不同浆距角β时，风能利
用系数Cp对应的叶尖速比λ不同.对于同一C p，风力机可能有两个运行点，它们分别对应于风力机的高风速运行区和低风速运行区。当风速变化时风力机的运行点将要发生变化。风力机的整体设计和相应的运行控制策略应尽可能追求C p 最大，从而增加其输出功率。

2 、风力机的功率调节

　　功率调节是风轮机的关键技术之一，目前投入运行的机组主要有两类功率调节方式：一类是定浆距失速控
制；另一类是变浆距控制。

3 、定浆距风力发电机组

　　主要结构特点是：浆叶与轮毂的连接是固定的，即当风速变化时，浆叶的迎风角度不能随之变化，风力机的功率调节完全依靠叶片的气动特性。其优点是调节简单可靠，控制也可大大简化；其缺点是：风能利用率不高，风力对桨叶、轮毂、塔架等主要部件受力较大。
　　为了解决低风速或低负荷时的效率问题，定浆距风力发电机组普遍采用设计有两个不同功率，不同极对数的双速异步发电机。

4 、变桨距风力发电机组

　　在定浆距基础上加装浆距调节环节，功率调节不完全依靠叶片的气动特性，它要依靠与叶片攻角（气流方向与叶片横截面的弦的夹角）的改变来进行调节。

优点：叶片的安装角随风速变化，从而使发电机在各种工况下都按最佳参数运行。部件负荷小，减轻整机重量；发电效率高、输出功率因数可调等。

缺点：需要变距调节机构，使得结构、控制系统比较复杂。

四、盘式永磁同步发电机

　　风力机属于低速旋转的机械，中型及大型风力机的转速为10～40r/min。大型风力发电机组在风力机与交流发电机之间装有增速齿轮箱，借助齿轮箱提高转速，应用的仍是高速交流发电机。如果由风力机直接驱动交流发电机，则必须应用低速交流发电机。采用此方案可以有效的降低发电系统的维护保养费用，减少了噪音，提高了系统的可靠性和能量输出质量。

五、无刷双馈异步发电机的优缺点:

　　由于不存在滑环及电刷，运行时的事故率小，更安全可靠；在高风速运行时除去主发电机向电网送入电功率外，励磁机经变频器可向电源馈送电功率。
　　采用了两台异步电机，整个电机系统的结构尺寸增大，这将导致风电机组机舱结构尺寸及质量增加。风电机组的技术沿着增大单机容量、减轻单位千瓦重量、提高转换效率的方向发展。
　　大容量风电场向海上发展，国外单机容量2.5MW的机组已经投入运行，正在研制3MW 到5MW 的巨型机组。输电技术向直流输电技术发展。