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关于新能源发电风力发电技术的探讨丁鑫荣

发表时间：2020/9/24 来源：《基层建设》2020年第17期作者：丁鑫荣

[导读] 摘要：随着当前我国科技发展，能源消耗量也在不断增加，使得我国本就能源匮乏的现状日益严重，这就需要从新能源的发展方面加强重视。

        陕西黄河能源有限责任公司陕西西安 710000
        摘要：随着当前我国科技发展，能源消耗量也在不断增加，使得我国本就能源匮乏的现状日益严重，这就需要从新能源的发展方面加强重视。电力能源对煤炭等资源的消耗量比较大，发展自然能源就愈来愈重要，风力发电是一种新型的电能生产方式，其优势非常明显。本文针对风力发电的现状以及技术应用优势进行阐述，然后就新能源风力发电技术以及发展的前景进行探究，希望带给大家参考意义。
        关键词：新能源；风力发电技术；技术现状
        引言
        新能源时代作为当前我国社会经济发展中能源创新使用的主要应用背景之一，对于实现能源节约和实现能源的循环、可持续发展等方面起着非常重要的作用。通过风力发电是风能利用最为主要的形式，这一发电的形式也受到各国的高度重视，作为自然能源发电的方式，该技术的应用有着诸多的优势，在节约不可再生能源的同时，也对保护生态环境有着积极的作用。我国作为能源资源紧缺的国家，发展风力发电就成为必然。
        1风力发电的现状
        1.1风力发电的现状
        进入到二十一世纪，是可再生能源的世纪，风力发电成为各个国家重视的发电形式。风能资源丰富，价格也比较便宜，能够在很大范围获得，并且不会对环境造成污染。当前我国在风力发电的发展方面已经有了很大程度的进步，我国的风力发电区域主要是在北部以及西北和东北草原以及戈壁滩等地方，这些地方缺乏煤炭资源以及常规能源，春冬季节风速比较大，雨水又少，夏季的时候降水比较多，风能以及水能就成为比较重要的季节补偿。我国的地理环境复杂，有的区域风能资源丰富，对于发展风能发电是比较合适的，如江西鄱阳湖地区以及湖北通山地区，都能发展风能发电。近些年我国在风电场的建设发展方面加快了速度，风力等新能源发电行业有着广阔的发展前景，在未来的很长时间就会保持着高速的发展态势。
        1.2风能资源丰富
        我国国土幅员辽阔、陆地边疆总长度超过20000km，海岸线总长度超过1.8万km，根据国家气象部门相关调研资料显示，我国风能资源蓄积丰富，其中可供陆地风能发电资源的风量超过260GW，而可供利用的海洋风能资源则更高出陆地部分的3倍以上。纵观我国整个西部、西北部地区都蕴藏了无限的风能资源。根据统计，我国目前年平均风速在6m/s以上的地区占到国土总面积的1.2%，仅次于美国、俄罗斯，位居世界第3位。
        2风力发电机组的构成及分类
        2.1构成
        风力发电机组由风轮、机舱、塔架和基础构成。风轮是风力机的核心部件。机舱由底盘、整流罩和机舱罩组成，底盘上安装机组发电系统、变桨距系统及偏航系统等主要部件。机舱罩后上方装有风速和风向传感器，舱壁上有隔音及通风装置等，底部与塔架连接。塔架支撑机舱达到所需高度，其上布置发电机和主控制器之间的动力电缆、控制电缆及通信电缆塔架上还装有供操作人员上下机舱的扶梯或电梯。基础采用钢筋混凝土结构，其中心预置与塔架连接的基础部件，基础周围还设置了防雷击的接地装置。
        2.2分类
        风力发电机组类型主要按容量和结构（即机型）划分。
        2.2.1按容量分
        容量在01~1kW为小型机组，1~100kW为中型机组100~1000kW为大型机组，大1000W为特大型机组。
        2.2.2按风轮轴方向分
        水平轴风力机组：风轮围绕水平轴旋转。风轮在塔架前面迎风的称为上风向风力机，在塔架后面迎风的称为下风向风力机。上风向风力机需利用调向装置来保持风轮迎风垂直轴风力机组：风轮围绕垂直轴旋转，可接收来自任何方向的风，故无需对风。垂直轴风力机又分为利用空气动力的阻力作功和利用翼型的升力作功两个主要类别。
        2.2.3按功率调节方式分
        定桨距机组：叶片固定安装在轮毂上，角度不能改变，风力机的功率调节完全依靠叶片的气动特性（失速）或偏航控制。
        变桨距（正变距）机组：须配备一套叶片变桨距机构，通过改变翼型桨距角，使翼型升力发生变化从而调节输出功率。
        主动失速（负变距）机组：当风力机达到额定功率后，相应地增加攻角，使叶片的失速效应加案，从而限制风能的捕获。

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        2.2.4按传动形式分
        高传动比齿轮箱型机组：风轮的转速较低，必须通过齿轮箱、齿轮副的增速来满足发电机转速的要求。齿轮箱的主要功能是增速和动力传递。
        直接驱动型机组：应用了多极同步风力发电机，省去风力发电系统中常见的齿轮箱，风力机直接拖动发电机转子在低速状态下运转。
        中传动比齿轮箱（“半直驱”型机组：采用一级行星齿轮副，其增速比约为高传动比齿轮副的10，因而减少了多极同步风力发电机的极数和体积。
        2.2.5按转速变化分
        定速机组：转速恒定不变，不随风速变化。
        多态定速机组：包含两台不同转速和容里的发电机，可根据风速的变化，选投其中台运行变速机组：发电机转速随风速变化。
        3新能源风力发电的技术原理分析
        风力发电是将风能转化机械能，再由机械能转化为电能的一种新型发电技术。风力发电的原理如下：通过自然风力带动风车扇叶旋转，利用增速机加快扇叶旋转速度，进而产生电能。
        2.1风轮装置
        风轮装置是将风能转化为机械能的装置，风能带动螺旋桨形状的桨叶转动，桨叶转动产生机械能。为实现对风能的充分利用，可在风轮后安装风向标尾舵，用于观测风向，根据风向的变动对应调整风轮方向，使风轮对准风向运转，确保风轮产生最大功率机械能。
        2.2塔架
        塔架是支撑风轮、尾舵、发电机的构架，塔架高度需要根据地面障碍物对风速的影响，以及风轮扇叶直径大小进行确定，以保证塔架的高度位置能够满足风轮装置的运行要求。
        2.3发电机
        发电机是将风轮装置输送的恒定机械能转化为电能的装置。小型发电系统由发电机和变流器构成，具备较高的发电效率。对于风力发电系统而言，不仅包含发电机头，而且还包括转体、尾翼、叶片等部位，只有在各部位协调运作下，才能保证风力发电效率。其中，机头将叶片受风力作用产生的机械能转化为电能；尾翼用于调节风向，保证发电机获取最大风力；转体是尾翼转动装置，用于尾翼调整转向，在转体中通常使用永磁体或励磁体转子；用定子绕阻对磁力线进行切割，可将机械能转化为电能。
        3风力发电的发展的前景
        3.1单机容量呈大型化发展
        为了提高风电利用率，减少风电场面积，提高风电经济效益，大容量风电机组将成为未来风电发展的趋势。
        3.2变浆距将成为发展主流
        风能的随机性和不稳定性要求发电设备在风速变化时，通过改变风轮的桨距角，使叶尖速比保持在最佳水平。如果电网发生故障需要紧急关闭，可以通过调整叶轮的桨距角以优化关闭策略和低电压穿越控制来降低风能的转换。
        3.3变速恒频直驱永磁同步发电机系统将成为发展的主流
        双馈风机控制性能好，成本低，占领了风电市场。直驱电机的使用提高了系统的可靠性，而全功率逆变器技术可以很好地满足低电压穿越的要求。
        3.4海上风电将快速发展
        随着风力发电机组和风电规模的不断增大，风电设备的运输和选址受到限制，此外，丰富的海上风电资源使海上风电场成为风电开发的又一重要方向。
        结束语
        随着科技的进步，人类对风能的认识不断深化，风力发电具有极大的潜力可以部分满足剧增的全球能源需求。风电是目前成本最接近常规电力、发展前景最大的可再生能源发电品种，受到世界各国的重视。我国的风力发电技术起步晚，在大型风电机组的自主研发、风电机组及零部件的检错手段、风电机组认证体系等方面都和世界先进国家还存在较大的差距，但是经过科技攻关，我国在风电机组各个方面都取得了很大的进步。
        参考文献
        [1]邹敦宇.浅谈大型陆上风力发电技术[J].中国新技术新产品,2019(14):11-12.
        [2]王子若鹄,王云亮,周雪松,马幼捷.风力发电低电压穿越技术[J].电子技术与软件工程,2019(14):224-225.