風(fēng)力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢探討

在全球能源過度消耗的生態(tài)環(huán)境下，對
新能源的研究和利用已成為世界熱門的話題，
風(fēng)力發(fā)電是新能源發(fā)電技術(shù)中最具規(guī)模開發(fā)和
商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式，目前各國都在加
大對風(fēng)力發(fā)電及其相關(guān)的技術(shù)研究。全球風(fēng)電
行業(yè)年度市場增長率達 40%，已有一百多個國
家涉足到風(fēng)電行業(yè)，該行業(yè)已經(jīng)成為世界能源
市場的重要組成部分。我國近幾年風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)
展勢頭強勁，風(fēng)電新增裝機的容量穩(wěn)居全球前
茅，因此，對風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
進行研究具有重要意義。
1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的類型
風(fēng)力發(fā)電機組種類很多，可以根據(jù)不同
的劃分標準分成幾種類型。
1.1 按機組容量劃分
按機組容量劃分可分為小型機組、中型
機組、大型機組和巨型機組。小型機組的機組
容量為 0.1-1kW；中型機組容量為 1-1000kW；
大型機組容量為 1-10MW；巨型機組容量為
10MW 以上。
1.2 按風(fēng)力發(fā)電機的運行特征和控制方式劃分
1.2.1 恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
這種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在上世紀八九十年代
使用較多，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、可靠
性高，缺點是該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速不隨風(fēng)速大小改變，
風(fēng)能利用率不高，輸出功率不大，發(fā)電率相對
較低。
1.2.2 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
該系統(tǒng)風(fēng)力機轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)，從而適應(yīng)風(fēng)
速變化，最大限度利用分能，提高系統(tǒng)發(fā)電率。
該系統(tǒng)目前是大型風(fēng)電場中的風(fēng)電機的主流運
行方式。
1.3 風(fēng)力發(fā)電的運行方式分類
風(fēng)力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢探討
文/王珊珊
風(fēng)能是最具商業(yè)化前景的可
再生能源，在全球已得到大規(guī)模
的開發(fā)和利用，隨著科技的發(fā)展，
風(fēng)力發(fā)電技術(shù)取得了顯著的進步。
本文闡述了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本
類型，并對不同類型風(fēng)力發(fā)電系
統(tǒng)使用的發(fā)電機進行了介紹，最
后對風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢進
行了探討。
摘
要
1.3.1 離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以單機獨立運行為
主，該系統(tǒng)容量一般在幾百至上千瓦級別，相
對較小，主要用于缺點地區(qū)用戶，在城鄉(xiāng)公路
供電中應(yīng)用較為廣泛。
1.3.2 并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與常規(guī)發(fā)電模式相
同，通過與大電網(wǎng)互聯(lián)提高風(fēng)能的有效利用，
具有較好的經(jīng)濟性，是現(xiàn)階段比較流行的大型
風(fēng)電場風(fēng)能發(fā)電方式。
1.4 風(fēng)力發(fā)電的輸出功率調(diào)節(jié)方式分類
1.4.1 定漿距失速調(diào)節(jié)型
該類型風(fēng)電系統(tǒng)通過固定輪轂和槳葉來
保持漿距角不變，該輸出功率調(diào)節(jié)方式簡單，
主要用于恒速運行情況，該系統(tǒng)由于葉片較重，
機組受力較大，導(dǎo)致發(fā)電效率相對較低。
1.4.2 變漿距調(diào)節(jié)型
該類型調(diào)節(jié)方式通過在風(fēng)力機上加裝葉
片調(diào)節(jié)裝置來改變漿距角，使其能夠適應(yīng)風(fēng)速
變化。該方式能夠減輕機組重量，使槳葉承受
的壓力減小，降低機組運行的損耗，提高系統(tǒng)
運行效率。
1.5 風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)輪軸位置分類
風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)輪軸按位置分為垂直軸風(fēng)
力發(fā)電機和水平軸風(fēng)力發(fā)電機，其中，垂直軸
風(fēng)力發(fā)電機裝機成本相對較低，機組維護檢修
方便，機組使用壽命長。水平軸風(fēng)力發(fā)電機技
術(shù)成熟，單機容量大，啟動性相對較好。
1.6 風(fēng)力發(fā)電的變換器功率變流技術(shù)分類
風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)按照的變換器功率變流技
術(shù)分為交 - 交變換系統(tǒng)、交 - 直 - 交變換系統(tǒng)、
混合式變換系統(tǒng)、矩陣式變換系統(tǒng)、多電平變
換和諧振變換系統(tǒng)這五類。其中交 - 直 - 交變
換系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向傳遞，輸出電流諧
波含量小，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，目前風(fēng)力發(fā)電
系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛。
2 風(fēng)力發(fā)電機的類型和原理
風(fēng)力發(fā)電機根據(jù)結(jié)構(gòu)和運行原理不同可
以分為直流電機、感應(yīng)異步電機和同步電機幾
大類。不同的發(fā)電系統(tǒng)所用的發(fā)電機不同，恒
速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)常使用異步感應(yīng)電機和電
勵磁同步電機，異步感應(yīng)電機運行穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)
簡單、使用維護方便、環(huán)境適應(yīng)性強，但運行
范圍較宅。電勵磁同步電機可靠性高、頻率穩(wěn)
定、電能質(zhì)量好。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)使用
的電機類型比較多，常用的有籠型異步電機、
繞線式異步電機、永磁同步電機、混合勵磁永
磁同步電機、開關(guān)磁阻發(fā)電機、高壓發(fā)電機、
儲能式發(fā)電機等。
3 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢
我國風(fēng)電行業(yè)已經(jīng)步入了快速發(fā)展的時
期，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)逐漸更具規(guī)模化和有效化，
現(xiàn)已采用新的葉片技術(shù)、新型發(fā)力風(fēng)電機、新
型電力電子技術(shù)等智能優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，提
高了可靠性和惡劣環(huán)境下的安全性。
（1）對于巨型機而言，采用延長葉片會
使運輸和安裝成本增加，因此分段式葉片技術(shù)
應(yīng)運而生，很好的解決了運輸和安裝問題，同
時采用強化碳纖維增強葉片剛度，玻璃鋼和熱
塑等混合紗絲制造葉片，縮短了葉片的生產(chǎn)時
間。
（2）采用無刷交流雙饋異步電機、開關(guān)
磁阻發(fā)電機和高壓發(fā)電機也降低了成本，提高
了可靠性，便于設(shè)備維修及養(yǎng)護，新型風(fēng)力發(fā)
電機的研制仍然是當(dāng)前的重要任務(wù)。
（3）新型大功率變化器的研究和應(yīng)用勢
在必行，多電平變化器相對兩電平變換器顯著
的降低了功率器件的開關(guān)損耗，大幅度的提高
了轉(zhuǎn)換效率，同時，新型儲能技術(shù)也日益受到
了人們的關(guān)注，起到了維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的作
用。
（4）隨著風(fēng)電規(guī)模的擴大，對電網(wǎng)的影
響逐漸加深，為了不影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，
就要求風(fēng)電發(fā)電機組不脫網(wǎng)運行，在故障切除
后盡快幫助電力系統(tǒng)恢復(fù)運行，即低壓穿越，
很多國家都在致力于研究此項，我國在 2011
年已自主研制出直驅(qū)永磁機組成功通過了低壓
穿越測試，后續(xù)還需繼續(xù)完善。
（5）國外對風(fēng)電機組和風(fēng)電場的短期及
長期發(fā)電預(yù)測做了很多研究，取得了重大進步，
我國應(yīng)借鑒歐洲國家風(fēng)能功率預(yù)測在推動風(fēng)電
大規(guī)模利用方面的成功經(jīng)驗，大力開展有關(guān)研
究，提高預(yù)測技術(shù)水平。
參考文獻
[1] 李俊峰 , 施鵬飛 , 高虎 .2010 中國風(fēng)電發(fā)
展報告 [M]. 海口 : 海南出版社 ,2010:3-
24.
[2] 李德孚 . 我國離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電行業(yè)發(fā)展情
況 [J]. 可再生能源 ,2009,27(03):4-6.
[3] 王志新 , 張華強 . 風(fēng)力發(fā)電及其控制技術(shù)
新進展 [J]. 低壓電器 ,2009(19):2-9.
作者簡介
王珊珊，女，大學(xué)本科學(xué)歷。研究方向為電力
電氣方向。
作者單位
大慶油田電力集團宏偉熱電廠 黑龍江省大慶
市 163000