2009風電產業發展研究報告(1)

　　［真空灌注制品產業網］章  風力發電概念及基本特征
　　一、風力發電概念風電產業 風電產業 風電產業 真空灌注工藝 真空輔助 真空袋壓 真空注射 風電葉片
　　風能是地球表面大量空氣流動所產生的動能。由于地面各處受太陽輻照后氣溫變化不同和空氣中水蒸氣的含量不同，因而引起各地氣壓的差異，在水平方向高壓空氣向低壓地區流動，即形成風。

　　風能資源決定于風能密度和可利用的風能年累積小時數。

　　風能密度是單位迎風面積可獲得的風的功率，與風速的三次方和空氣密度成正比關系。風能資源受地形的影響較大，風能資源多集中在沿海和開闊大陸的收縮地帶，如美國的加利福尼亞州沿岸和北歐一些，的東南沿海、內蒙古、新疆和甘肅一帶風能資源也很豐富。

　　東南沿海及附近島嶼的風能密度可達300W/m2以上，3-20米/秒的風速年累計超過6000小時。內陸風能資源好的區域是沿內蒙古至新疆一帶，風能密度也在200-300W/m2，3-20米/秒風速年累計5000-6000小時。

　　風力發電是指利用風力發電機組直接將風能轉化為電能的發電方式。在風能的各種利用形式中，風力發電是風能利用的主要形式，也是目前可再生能源中技術成熟、具有規?；_發條件和商業化發展前景的發電方式之一。

　　二、風力發電系統結構
　?。ㄒ唬╋L力發電機
　　風力發電機是集空氣動力、電機制造、液壓傳動和計算機自動控制為一體的綜合性技術。大致由以下幾個子系統組成：槳葉、增速齒輪箱、發電機、塔架控制設備、電纜、地面支撐設備、各子系統連接設備。

　　風輪是將風能轉換為機械能的裝置，它由氣動性能優異的葉片（目前商業機組一般為2―3個葉片）裝在輪轂上所組成，低速轉動的風輪通過傳動系統由增速齒輪箱增速，將動力傳遞給發電機。上述這些部件都安裝在機艙平面上，整個機艙由高大的搭架舉起。由于風向經常變化，為了有效地利用風能，必須要有迎風裝置，它根據風向傳感器測得的風向信號，由控制器控制偏航電機，驅動與塔架上大齒輪咬合的小齒輪轉動，使機艙始終對風。其中風電機組的整體設計、葉片的材料和加工技術、自動化控制系統、液壓和傳感技術是風機制造的關鍵。

　　風機是基本的風能轉換設備，按主軸裝置形式大致可分兩大類：垂直軸風力機（轉軸與來流方向垂直）、水平軸風力機(轉軸與來流方向平行)。目前較常用的大型機組為水平軸風力發電機，其主要有定槳距失速調節型和變槳距調節型兩大類。

　　二）風電機組
　　風電機組是風電系統的主要的部分。機組占風電場初始投資的比例非常大，一般為60%-70%。這也是強調盡快使得風電機組國產化的原因。

　　在控制系統和保護系統方面廣泛用電子技術和計算機技術不僅可以有效地改善并提高風力發電總體設計能力和水平，而且對于增強風電設備的保護功能和控制功能也有重大作用。目前，市場份額大的風電機組主要分兩類，一類是定槳距失速調節型，另一類是變槳距調節型，上述兩類風電機組都采用異步發電機，轉速基本上是固定的。

　　1．定槳距失速調節型風力發電機

　　定槳距是指葉片被固定安裝在輪轂上，其槳距角（葉片上某一點的弦線與轉子平面間的夾角）固定不變，失速型是指槳葉翼型本身所具有的失速特性（當風速高于額定值時，氣流的攻角增大到失速條件、使槳葉的表面產生渦流，效率降低，以達到限制轉速和輸出功率的目的）。

　　這種技術是丹麥風電制造技術的核心，優點是調節簡單可靠，控制系統可以大大簡化，其缺點是葉片重量大（與變槳距風機葉片比較），輪轂、塔架等部件受力增大。這種風電機基本上都采用了鼠籠型轉子，有一部分機組為了提高低風速時段的發電效率，采用了變極技術。

　　2．變槳距調節型風力發電機

　　變槳距是指安裝在輪轂上的葉片可以借助控制技術改變其槳距角的大小。其調節方法分為三個階段：階段為開機階段，當風電機達到運行條件時，計算機命令調節槳距角，直到風電機達到額定轉速并網發電；第二階段當輸出功率小于額定功率時，槳距角保持在零位置不變；第三階段當發電機輸出功率達到額定后，調節系統即投入運行，當輸出功率變化時，及時調槳距角的大小，在風速高于額定風速時，使發電機的輸出功率基本保持不變。

　　變槳距調節的主要優點是：槳葉受力較小，槳葉可以做的比較輕巧。由于槳距角可以隨風速的大小而進行自動調節，因而能夠盡可能多的捕獲風能，多發電力，又可以在高風速時段保持輸出功率平穩，不致引起異步發電機的過載，還能在風速超過切出風速時通過順槳（葉片的幾何攻角趨于零升力的狀態）防止對風力機的損壞，這是MW級風力發電機的發展方向。其缺點是結構比較復雜，故障率相對較高。

　　風的隨機性和間歇性特點使風電機的出力變化很大，這樣機組的動態負荷增加，對電網的沖擊增大。為此，可通過增大異步發電機允許滑差率的辦法加以解決。鼠籠型異步發電機允許的滑差率為S=-1%～-5%。而繞線式異步發電機允許的滑差率為S=-1%～-10%，滑差率的增大相當于在定、轉子間增加了一個彈性環節，對于減少功率波動，提高供電質量是非常有利的。

　　以上兩種異步發電機，盡管帶一定滑差運行，從切入風速（3-4m/s）到切出風速（25m/s），發電機的轉速變化大可達10%，如增速齒輪的變速比為60：1，則實際運行中滑差S是很小的，因而葉片轉速變化范圍也是很小的，看上去風機葉片似乎是在“恒速”旋轉，故通常又稱這種風力發電機為恒速風電機。