風電技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
日期：2007-09-12
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風電技術現(xiàn)狀
風力發(fā)電技術主要分為風能資源評估與預測，風力發(fā)電裝備制造技術，風電機組測試、近海風電技術、風電對公共電網(wǎng)的影響等幾個方面。
1.能資源的評估與預測
國外已經(jīng)對風能資源的測試與評估開發(fā)出許多的測試設備和評估軟件，在風電場選址，特別是微觀選址方面已經(jīng)開發(fā)了商業(yè)化軟件。如丹麥RIS研究實驗室開發(fā)的用于風電場微觀選址的資源分析工具軟件――WASP；美國TureWind Solutions公司開發(fā)的MesoMap和Sitewind風能資源評估系統(tǒng)等。在風電機組布局及電力輸配電系統(tǒng)的設計上也開發(fā)出了成熟的軟件。國外還對風力機和風電場的短期及長期發(fā)電預測作了很多研究，精確度可達90%以上。
2.風力發(fā)電裝配制造技術
1)單機容量繼續(xù)穩(wěn)步上升
20世紀80年代生產(chǎn)的舊式機組單機容量僅為20KW――60KW。單機容量增大后的直接好處是能以數(shù)目較少的風電機組完成相同的發(fā)電量，從而節(jié)省土地使用面積。目前單機容量大的風電機組是由德國Repower公司生產(chǎn)的，容量為5MW，葉輪直徑達130m，安裝在120m高的塔架上，預計2010年將開發(fā)出10MW的風電機組。對容量在2MW以上的機組歐洲主要考慮在海上安裝。
2)風輪輸出功率控制方式有失速調節(jié)和變槳距調節(jié)兩種
失速控制是在轉速不變的條件下，風速超過額定植后，葉片發(fā)生失速，將輸出功率限制在一定范圍內。失速控制的優(yōu)點是葉片與輪轂之間沒有活動部件，不需要復雜的控制程序，在失速過程中功率波動小；其缺點是風力發(fā)電機組的性能的限制，啟動風速較高，在風速超過額定值時發(fā)電功率有所下降，同時需要葉間剎車裝置，機組動態(tài)負荷較大。
變槳距調節(jié)是沿槳葉的縱軸旋轉葉片，控制風輪的能量吸收，保持一定的輸出功率，變槳距調節(jié)的優(yōu)點是機組啟動性能好，輸出功率穩(wěn)定，機組結構受力小，停機方便安全；缺點是增加了變槳距裝置，增加了故障幾率，控制程序比較復雜。
兩種控制方式各有利弊，各自適應不同的運行環(huán)境和運行要求。從目前市場情況看，采用變槳距調節(jié)的風電極組較多。
3)無齒輪箱系統(tǒng)的市場份額迅速擴大
齒輪傳動不僅降低了風電轉換效率和產(chǎn)生噪音，更是造成機械故障的主要原因，而且為減少機械磨損需要潤滑清洗等定期維護。采用無齒輪箱的直驅方式雖然提高了電機的設計成本，但卻有效的提高了系統(tǒng)的效率及運行可靠性。在德國2004年所安裝的風電機組中，就有40.9%采用了無齒輪箱系統(tǒng)。
3.風電機組測試技術
德國、丹麥、荷蘭、美國、希臘等對風電機組的設計和測試技術都做過很多研究，制定了國際標準，建立了認證體系，并都有自己的檢測機構，其他的產(chǎn)品只有通過其檢測才能進入。我國對風電機組的測試技術做過一定研究，但不系統(tǒng)。
4.風電與電網(wǎng)
風力發(fā)電能夠順利并入一個國或地區(qū)電網(wǎng)的電量，主要取決于電力系統(tǒng)對供電波動反應的能力。變化不定的風力給電網(wǎng)帶來的問題，遠比懷疑論者估計的低。很多涉及到現(xiàn)代歐洲電網(wǎng)系統(tǒng)的評估表明，電網(wǎng)系統(tǒng)中風電容量占20%并不存在技術問題。但是，當大規(guī)模的風電并入電網(wǎng)后，風電與電網(wǎng)間的相互影響及相互作用規(guī)律還是需要進一步研究。
風電技術發(fā)展趨勢
隨著風電工業(yè)的不斷發(fā)展，風電技術和風電系統(tǒng)也在不斷的發(fā)展，以滿足其自身技術，應對風速變化、成本、環(huán)境以及穩(wěn)定運行等各方面的要求。其主要趨勢包括以下幾個方面:
1.主要發(fā)展水平軸風力機
垂直軸的主要優(yōu)點是全風向、變速裝置及發(fā)電機可以置于地面, 但其主要缺點是軸距過長，風能轉換效率不高。目前主流風力機都采用水平軸設計，其優(yōu)點是風能轉換效率高，傳動軸距短。對大型風電機組來說經(jīng)濟性更好。其缺點是需要根據(jù)風向調節(jié)機艙的位置，需要有對風裝置。同時由于變速裝置及發(fā)電機布置在塔架頂端，增加了塔架的投資和安裝維護的難度。
2.從風輪到發(fā)電機的新型驅動方式
目前從風輪到發(fā)電機的新型驅動方式主要有三種:一種是通過齒輪箱多級變速驅動雙饋異步電機，簡稱雙饋式，這是目前市場上的主流產(chǎn)品。第二種是風輪直接驅動多級同步發(fā)電機，簡稱為直驅式。直驅式風機具有節(jié)約投資，減少傳動鏈損失和停機時間，以及維護費用低，可靠性好等優(yōu)點，在市場上正占有越來越大的份額。但直驅發(fā)電機體積大而笨重。第三種是單級增速裝置加多級發(fā)電機技術，簡稱為混合式。混合式單級增速裝置以提高發(fā)電機轉速，但速度低于標準發(fā)電機所需要的轉速，同時配以類似于直驅發(fā)電機的多級電機。該裝置介于純變速裝置驅動和直驅之間，旨在融合兩者的優(yōu)點而避免其缺點。
3.變槳距調節(jié)方式迅速取代失速調節(jié)
從目前市場情況來看變槳距調節(jié)方式能充分克服失速調節(jié)的缺陷，得到了迅速的應用。這點在前面已有了較詳細的論述。
除此之外，改善聲學特性，改善空氣動力學特性，改善軸傳動效率，滿足高風速或低風速地區(qū)以及復雜地形的運行要求等也是風電機組設計的發(fā)展趨勢。
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