劉立功
風(fēng)電技術(shù)現(xiàn)狀
風(fēng)力發(fā)電技術(shù)主要分為風(fēng)能資源評(píng)估與預(yù)測(cè)，風(fēng)力發(fā)電裝備制造技術(shù)，風(fēng)電機(jī)組測(cè)試、近海風(fēng)電技術(shù)、風(fēng)電對(duì)公共電網(wǎng)的影響等幾個(gè)方面。
1.能資源的評(píng)估與預(yù)測(cè)
國(guó)外已經(jīng)對(duì)風(fēng)能資源的測(cè)試與評(píng)估開(kāi)發(fā)出許多的測(cè)試設(shè)備和評(píng)估軟件，在風(fēng)電場(chǎng)選址，特別是微觀選址方面已經(jīng)開(kāi)發(fā)了商業(yè)化軟件。如丹麥RIS國(guó)家研究實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的用于風(fēng)電場(chǎng)微觀選址的資源分析工具軟件——WASP；美國(guó)TureWind Solutions公司開(kāi)發(fā)的MesoMap和Sitewind風(fēng)能資源評(píng)估系統(tǒng)等。在風(fēng)電機(jī)組布局及電力輸配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上也開(kāi)發(fā)出了成熟的軟件。國(guó)外還對(duì)風(fēng)力機(jī)和風(fēng)電場(chǎng)的短期及長(zhǎng)期發(fā)電預(yù)測(cè)作了很多研究，精確度可達(dá)90%以上。
2.風(fēng)力發(fā)電裝配制造技術(shù)
1)單機(jī)容量繼續(xù)穩(wěn)步上升
20世紀(jì)80年代生產(chǎn)的舊式機(jī)組單機(jī)容量?jī)H為20KW——60KW。單機(jī)容量增大后的直接好處是能以數(shù)目較少的風(fēng)電機(jī)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(jī)容量最大的風(fēng)電機(jī)組是由德國(guó)Repower公司生產(chǎn)的，容量為5MW，葉輪直徑達(dá)130m，安裝在120m高的塔架上，預(yù)計(jì)2010年將開(kāi)發(fā)出10MW的風(fēng)電機(jī)組。對(duì)容量在2MW以上的機(jī)組歐洲主要考慮在海上安裝。
2)風(fēng)輪輸出功率控制方式有失速調(diào)節(jié)和變槳距調(diào)節(jié)兩種
失速控制是在轉(zhuǎn)速不變的條件下，風(fēng)速超過(guò)額定植后，葉片發(fā)生失速，將輸出功率限制在一定范圍內(nèi)。失速控制的優(yōu)點(diǎn)是葉片與輪轂之間沒(méi)有活動(dòng)部件，不需要復(fù)雜的控制程序，在失速過(guò)程中功率波動(dòng)�。黄淙秉c(diǎn)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的性能的限制，啟動(dòng)風(fēng)速較高，在風(fēng)速超過(guò)額定值時(shí)發(fā)電功率有所下降，同時(shí)需要葉間剎車(chē)裝置，機(jī)組動(dòng)態(tài)負(fù)荷較大。
變槳距調(diào)節(jié)是沿槳葉的縱軸旋轉(zhuǎn)葉片，控制風(fēng)輪的能量吸收，保持一定的輸出功率，變槳距調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)組啟動(dòng)性能好，輸出功率穩(wěn)定，機(jī)組結(jié)構(gòu)受力小，停機(jī)方便安全；缺點(diǎn)是增加了變槳距裝置，增加了故障幾率，控制程序比較復(fù)雜。
兩種控制方式各有利弊，各自適應(yīng)不同的運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行要求。從目前市場(chǎng)情況看，采用變槳距調(diào)節(jié)的風(fēng)電極組較多。
3)無(wú)齒輪箱系統(tǒng)的市場(chǎng)份額迅速擴(kuò)大
齒輪傳動(dòng)不僅降低了風(fēng)電轉(zhuǎn)換效率和產(chǎn)生噪音，更是造成機(jī)械故障的主要原因，而且為減少機(jī)械磨損需要潤(rùn)滑清洗等定期維護(hù)。采用無(wú)齒輪箱的直驅(qū)方式雖然提高了電機(jī)的設(shè)計(jì)成本，但卻有效的提高了系統(tǒng)的效率及運(yùn)行可靠性。在德國(guó)2004年所安裝的風(fēng)電機(jī)組中，就有40.9%采用了無(wú)齒輪箱系統(tǒng)。
3.風(fēng)電機(jī)組測(cè)試技術(shù)
德國(guó)、丹麥、荷蘭、美國(guó)、希臘等國(guó)家對(duì)風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)和測(cè)試技術(shù)都做過(guò)很多研究，制定了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，建立了認(rèn)證體系，并都有自己的檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其他國(guó)家的產(chǎn)品只有通過(guò)其檢測(cè)才能進(jìn)入。我國(guó)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的測(cè)試技術(shù)做過(guò)一定研究，但不系統(tǒng)。
4.風(fēng)電與電網(wǎng)
風(fēng)力發(fā)電能夠順利并入一個(gè)國(guó)或地區(qū)電網(wǎng)的電量，主要取決于電力系統(tǒng)對(duì)供電波動(dòng)反應(yīng)的能力。變化不定的風(fēng)力給電網(wǎng)帶來(lái)的問(wèn)題，遠(yuǎn)比懷疑論者估計(jì)的低。很多涉及到現(xiàn)代歐洲電網(wǎng)系統(tǒng)的評(píng)估表明，電網(wǎng)系統(tǒng)中風(fēng)電容量占20%并不存在技術(shù)問(wèn)題。但是，當(dāng)大規(guī)模的風(fēng)電并入電網(wǎng)后，風(fēng)電與電網(wǎng)間的相互影響及相互作用規(guī)律還是需要進(jìn)一步研究。
風(fēng)電技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
隨著風(fēng)電工業(yè)的不斷發(fā)展，風(fēng)電技術(shù)和風(fēng)電系統(tǒng)也在不斷的發(fā)展，以滿足其自身技術(shù)，應(yīng)對(duì)風(fēng)速變化、成本、環(huán)境以及穩(wěn)定運(yùn)行等各方面的要求。其主要趨勢(shì)包括以下幾個(gè)方面:
1.主要發(fā)展水平軸風(fēng)力機(jī)
垂直軸的主要優(yōu)點(diǎn)是全風(fēng)向、變速裝置及發(fā)電機(jī)可以置于地面, 但其主要缺點(diǎn)是軸距過(guò)長(zhǎng)，風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率不高。目前主流風(fēng)力機(jī)都采用水平軸設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率高，傳動(dòng)軸距短。對(duì)大型風(fēng)電機(jī)組來(lái)說(shuō)經(jīng)濟(jì)性更好。其缺點(diǎn)是需要根據(jù)風(fēng)向調(diào)節(jié)機(jī)艙的位置，需要有對(duì)風(fēng)裝置。同時(shí)由于變速裝置及發(fā)電機(jī)布置在塔架頂端，增加了塔架的投資和安裝維護(hù)的難度。
2.從風(fēng)輪到發(fā)電機(jī)的新型驅(qū)動(dòng)方式
目前從風(fēng)輪到發(fā)電機(jī)的新型驅(qū)動(dòng)方式主要有三種:一種是通過(guò)齒輪箱多級(jí)變速驅(qū)動(dòng)雙饋異步電機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)雙饋式，這是目前市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品。第二種是風(fēng)輪直接驅(qū)動(dòng)多級(jí)同步發(fā)電機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)為直驅(qū)式。直驅(qū)式風(fēng)機(jī)具有節(jié)約投資，減少傳動(dòng)鏈損失和停機(jī)時(shí)間，以及維護(hù)費(fèi)用低，可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，在市場(chǎng)上正占有越來(lái)越大的份額。但直驅(qū)發(fā)電機(jī)體積大而笨重。第三種是單級(jí)增速裝置加多級(jí)發(fā)電機(jī)技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)為混合式�；旌鲜絾渭�(jí)增速裝置以提高發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，但速度低于標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電機(jī)所需要的轉(zhuǎn)速，同時(shí)配以類(lèi)似于直驅(qū)發(fā)電機(jī)的多級(jí)電機(jī)。該裝置介于純變速裝置驅(qū)動(dòng)和直驅(qū)之間，旨在融合兩者的優(yōu)點(diǎn)而避免其缺點(diǎn)。
3.變槳距調(diào)節(jié)方式迅速取代失速調(diào)節(jié)
從目前市場(chǎng)情況來(lái)看變槳距調(diào)節(jié)方式能充分克服失速調(diào)節(jié)的缺陷，得到了迅速的應(yīng)用。這點(diǎn)在前面已有了較詳細(xì)的論述。
除此之外，改善聲學(xué)特性，改善空氣動(dòng)力學(xué)特性，改善軸傳動(dòng)效率，滿足高風(fēng)速或低風(fēng)速地區(qū)以及復(fù)雜地形的運(yùn)行要求等也是風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。
