关于我国风力发电技术的现状及发展的思考

王兆 王海军

【摘 要】近年来我国社会经济得到了飞速发展，人们对于电力的需求也与日俱增，目前传统的火力发电仍然是我国最主要的发电方式，但是火力发电需要的能源已经陷入枯竭状态。其他的发电方式也因为可利用资源明显不足，环境污染严重等问题也无法大范围推广应用，风力发电技术具有清洁、低污染、造价低、占地少等诸多优点，目前已经引起全国各地的高度重视。本文主要分析了当前我国风力发电技术现状及其发展，并且分析了我国风力发电技术发展问题及未来发展展望。

【关键词】风力发电技术 现状 发展

环境污染、能源短缺问题已经成为全球性问题，严重威胁了人们的生存和发展，目前全球各国都提出了低碳环保理念，基于此背景下，社会也在积极开发、推广新的环保能源。风能是一种清洁、可再生、能量大、无污染能源，而且开发技术也已经相对成熟，目前已经得到世界各国的广泛关注和重视。风力发电是目前和常规电力最接近，发展前景最大的一种可再生能源发电方式，也会成为未来主要的发电方式之一。我国的风能资源极为丰富，而且分布面积较广，具有很大的开发利用潜力，但是目前我国对于风力资源的有效利用率远远不及国外一些国家。下面笔者主要总结了当前我国风力发电技术的现状及其发展，并且对风力发电技术的未来发展提出了一些看法。

1 当前我国风力发电技术的现状分析

我国拥有很多的风力资源，但是对其的利用率并不高，如果可以合理、有效利用风力的能量进行发电，相信可以为人们的生活带来很多便利。根据2005年2月我国颁布的《可再生能源法》以及相关的政策规定，我国已经将新能源作为我国新兴产业战略规划。其中风力发电产业得到了飞速发展，很有可能会成为促进我国国民经济增长的新亮点。我国最早的风力发电机是在20世纪80年代中期引进的，通过多年来的发展，我国国内风力发电市场已经取得了很大的发展，我国的风电总装机容量截止到2009年底已经有2600.8 万kW，截止到2014年底，风电总装机容量高达4.4亿KW。由此可见，风电产业在我国的发展相当迅猛。

我国风电企业主要经历了三个阶段，第一个阶段是引进技术，第二个阶段是消化吸收，第三个阶段是自主创新。目前我国风电企业已经自主研发了一些技术，而且自主研发的风机已经达到兆瓦级，风电装备制造业产业集中度也有了很大提高，国内风电机组的市场占有率也呈逐年上升趋势。总体而言，风力发电技术在我国国内仍然具有很好的应用前景，风力发电企业的建设规模不断扩大，在整个发电行业中的占比也日益增大，风力发电技术的单机容量也日益增多。

2 我国风力发电技术的发展

2.1关于我国风力发电机组容量以及机型发展

目前，我国风力发电技术最主要的问题时如何降低发电成本，提高发电效率及其运行可靠性。风力发电机单机是提高发电效率以及风能利用率的关键，因此现代风力发电机单机容量越来越大。上世纪80年代中期我国的风电机组容量只有55kW，1990年风电机组容量已经有250kW，而1999 年风电机组容量已经有2MW，21世纪风电机组容量已经达到了兆瓦级，2013 年单机容量已经超过15MW。2007年我国1.5MW- 2MW机型在世界机组容量的占比是63.7%，到了2014年底已经上升到85.3%。

2.2 关于我国风电机组控制技术发展

对于风力发电机组的高效、安全运行而言，控制技术是最为关键的技术，主要是由于以下几点原因：①因为大气温湿度、气压等因素的影响，自然风速的方向以及大小具有不可控性以及随机性，这样也会影响风电机组获得风能的稳定性。②一般大型风力发电机组叶片直径处于61-100m左右，这样虽然可有效提高风能的利用率，但是风轮的转动惯量会比较大。③一般具有丰富的风力资源的地区，周围环境比较恶劣，无法进行远程监控，也没有人负责值班运行。因此，对于风力发电机组的控制技术要求相对比较高。

很多学者都开始深入研究风力发电控制系统以及有效的控制技术，这对于进一步优化风力发电机组运行具有非常重要的现实意义。随着互联网技术的不断发展，风力发电领域也开始引入计算机技术以及各种先进的控制技术，同时也开始广泛应用到并网运行的风力发电控制技术。以往的风力发电控制技术采用的是单一的定桨距失速控制技术，现代风力发电控制技术采用的是变速恒频、变桨距控制技术，而且控制技术的智能化程度越来越高。

2.2.1定桨距型风力机和失速型风力机

以往的定桨距型风力机主要是指轮毂固定连接于桨叶，也就是说桨距角不会改变，是相对固定的角度，一旦风速出现变化的时候，桨叶的迎风角并不会发生改变。而失速型主要是在风速比额定风俗更高的情况下，合理利用桨叶翼型自身具备的失速特性，增加气流攻角，使其满足失速条件，这样桨叶表面就会形成涡流，控制发电机输出功率在某个范围。这种失速型风力机操作比较简单，而且运行相对可靠，整个控制系统比较简单。但是这种风力机的叶片自重大，塔架、轮毂以及桨叶等部件会承受较大的受力，整个机组的运行效率低下，而且运行过程中很容易磨损一些关键部件。

2.2.2变速恒频风力发电机组

这是一种新型的风力发电系统，这种风电机组的输出电压的相位、幅值以及频率等和转子的转速并无明显关系，发电机的输出功率也不会影响机组的转速。相较恒速风电机组而言，这种机组在风速较低的情况下，可以实时跟踪风速的动态变化情况，在实际运行过程中，也可以持续保持最佳的叶尖速，这样获得的风能是最大的。当风速较高的情况下，可以通过改变风轮转速适当调整风力机桨的距角，这样不仅可以使风电机组稳定、安全运行，同时也可以稳定输出功率。近年来，我国风电控制技术取得了很大的发展，涌现了很多新的控制技术，如果机组输出功率比额定功率还小的时候，变桨距风力发电机组可以应用OptitiP 技术合理调节发电机的转差率，这样可以有效维持叶尖速比处于最佳的状态，维持有效的输出功率。

2.3关于我国风力发电机组控制策略的发展

因为风向、风速都具有不定性、随机性等特点，因此风能的稳定性较差，而且能量密度并不高，因此风力机叶片的攻角一直会变化，这样会导致叶尖速比和最佳值出现较大偏离，风力发电机的传动链输入功率以及空气动力效率等也会随之改变，这样会对整个风电系统的发电效率造成很大影响，也会导致转矩传动链出现明显振荡，直接影响到电能质量，也会影响到接入电网运行的稳定性。为了尽可能减少风力发电机组的内部机械应力，因此常常会选用柔性部件，但是这样也会使风电系统变得更加复杂，也会导致转矩传动模块出现较大幅度的振荡。为了确保风力发电机组运行的稳定性，非常有必要研究有效的控制策略。根据控制器类型可以将机组控制策略分为传统控制方法和现代控制方法两种。

传统控制策略主要是利用线性控制的方式，适当调整发电机的桨叶节距角或者电磁转矩确保达到最佳的叶尖速比，这样就可以获得最大的风能。但是如果风速变化较快的情况下，这种调节方式明显滞后。而且，这种线性化控制方法涉及到的工作范围比较宽，存在很多不确定因素，而且随机扰动比较大，并不适用于不具有线性模型的风电系统。

现代控制方法有很多种，主要有智能控制、鲁棒控制、变结构控制以及自适应控制等。其中智能控制中比较典型的一种方法是模糊控制，这种控制方法可以用语言规则来代替专家的专业知识以及经验，并不需要被控制对象具备非常精确的数学模型，同样也适用于非线性系统的控制。因为很难建立精确的风力发电机数学模型，因此目前模糊智能控制方法越来越得到人们的关注和重视。变结构控制对于系统参数变化的敏感性并不高，响应比较快速，而且设计难度较小，比较容易进行控制，目前被广泛应用于风电系统中。鲁棒控制方法可以很好的处理一些多变量问题，其具有很强的稳定性，可以直接解决干扰位置系统、参数不准确、建模误差等一系列控制问题。

虽然我国风力发电技术已经取得了很大的发展，但是在实际应用过程中也存在很多问题，比如我国每年需要向国外支付大量技术咨询费用、生产许可费用以及专利费用，很多自主研发的风力发电企业也需要从国外购买源代码、数据库以及相关的应用软件。而且齿轮箱、叶片、轴承等核心零部件的质量、应用可靠性以及使用寿命和国外同类产品相比仍然存在很大差距。其次，目前我国的电网规划以及风力发电发展规划并没有保持协调一致，上网的容量比装机容量小很多。因此，未来我国一定要加大自主研发创新力度，开发出更多风力发电的核心技术，进一步完善电网建设，提高风力发电技术开发的规范性，建立一套系统、标准的风力发电规范管理体系。

参考文献：

[1]陈永祥，方征.中国风电发展现状、趋势及建议[J].科技综述，2010（4）：14-19.

[2]张明锋，邓凯，陈波 等.中国风电产业现状与发展[J].机电工程，2010，1（27）：1-3.

[3]党福玲，朝克，贾永.我国风电产业发展现状浅析[J].经济论坛，2010（12）：58-60.

作者简介：王兆（1985—），男，硕士研究生，经济师，工作单位：中电投云南国际电力投资有限公司。