王海軍 王磊

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，對(duì)電能的需求越來越大，傳統(tǒng)的火力發(fā)電已經(jīng)很難滿足當(dāng)代社會(huì)對(duì)電力能源的需求。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)因?yàn)闊o污染、可無限循環(huán)使用，近幾年取得了很大的進(jìn)展，在很多地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿Ψ浅？捎^，文章對(duì)分布式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與功能系統(tǒng)進(jìn)行了深刻的分析與探討。

關(guān)鍵詞：分布式；風(fēng)力發(fā)電；供能系統(tǒng)；可再生能源；風(fēng)點(diǎn)能源

中圖分類號(hào)：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2012）31-0087-03

隨著全球能源緊張進(jìn)一步加劇，可再生能源越來越受到人們的廣泛關(guān)注。作為重要的可再生能源，風(fēng)電資源近年來得到了進(jìn)一步的開發(fā)利用。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展到今天已經(jīng)相對(duì)成熟，其應(yīng)用前景在全球能源枯竭的背景下也越來越光明。風(fēng)電資源清潔無污染、安全可控，是一種優(yōu)質(zhì)的可再生新能源，分布式發(fā)電技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)已經(jīng)與其他電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行，給現(xiàn)代電力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行與控制帶來巨大的變化。因此，筆者對(duì)分布式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究具有重要的理論意義和重大應(yīng)用價(jià)值。本文首先簡(jiǎn)要介紹了分布式發(fā)電對(duì)我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和能源利用結(jié)構(gòu)的意義，對(duì)風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，闡述了分布式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和技術(shù)的關(guān)鍵性問題，最后對(duì)分布式風(fēng)力發(fā)電的未來研究方向和需要進(jìn)一步研究的問題做了展望。

1 發(fā)展分布式風(fēng)力發(fā)電的意義

我國(guó)是人口大國(guó)，也是能源消耗大國(guó)，近年來隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)電能的需求愈加迫切，傳統(tǒng)的火力發(fā)電已經(jīng)很難滿足社會(huì)的電能需求，而且日益突出的環(huán)境問題也不適合在大力發(fā)展以燃煤為主的火力發(fā)電。放眼全球，能源緊張已經(jīng)成為困擾世界各國(guó)的一大難題，能源安全成為新的國(guó)際問題。在這種背景下，大力發(fā)展可再生能源成為解決這一難題的有效途徑。分布式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)投資小，見效快，無二次污染，系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，是解決我國(guó)環(huán)境污染和保障我國(guó)電力安全的重要途徑之一。分布式風(fēng)力發(fā)電除直接向終端電能用戶提供電能外，還可以將分布式發(fā)電供能系統(tǒng)以微網(wǎng)的形式接入電網(wǎng)，與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，相互支撐，在電能利用結(jié)構(gòu)上，有效調(diào)節(jié)用電峰谷，減輕用電高峰期電網(wǎng)負(fù)荷壓力，促進(jìn)電能資源的優(yōu)化配置，是發(fā)揮分布式風(fēng)力發(fā)電供能系統(tǒng)效能的最有效方式。

在眾多的可再生能源中，風(fēng)電資源是目前應(yīng)用最為廣泛、技術(shù)條件最完備、投資成本與產(chǎn)出比例最高的一種，隨著分布式發(fā)電與供能技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)能與太陽(yáng)能等可再生能源作為分布式電源并網(wǎng)發(fā)電是必然趨勢(shì)。我國(guó)風(fēng)能資源分布廣泛，很多地區(qū)都具備利用風(fēng)能建設(shè)分布式風(fēng)力發(fā)電廠的優(yōu)良條件，當(dāng)前應(yīng)當(dāng)大力發(fā)展可再生能源，加大對(duì)相關(guān)科學(xué)研究項(xiàng)目的投入力度，提高風(fēng)力發(fā)電裝備制造水平，對(duì)分布式發(fā)電系統(tǒng)與接入電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行相關(guān)控制技術(shù)加快研究步伐，盡快優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)，提高電力資源的利用率。分布式發(fā)電接入電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行會(huì)對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和整個(gè)電力系統(tǒng)的系統(tǒng)控制和繼電保護(hù)帶來一定的影響，所以相關(guān)的微網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)和關(guān)鍵的電子設(shè)備研發(fā)技術(shù)一定要研究成熟。分布式風(fēng)力發(fā)電機(jī)按照機(jī)組容量可以分為大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。我國(guó)幅員遼闊，邊遠(yuǎn)地區(qū)架設(shè)輸送電網(wǎng)路十分艱難，采用分布式發(fā)電機(jī)組實(shí)行離網(wǎng)發(fā)電可以有效解決邊遠(yuǎn)地區(qū)的用電難題。

2 風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀及分析

風(fēng)能是一種優(yōu)質(zhì)的可再生能源，可以無限循環(huán)利用，利用風(fēng)能發(fā)電不會(huì)產(chǎn)生任何污染，對(duì)環(huán)境沒有任何破壞，所以說風(fēng)電是一種十分清潔的能源。在傳統(tǒng)能源日益枯竭、環(huán)境問題愈演愈烈的今天，風(fēng)電能源的開發(fā)利用擁有廣闊的發(fā)展前景。地球上的風(fēng)無處不在，只要有太陽(yáng)，地球上就會(huì)循環(huán)產(chǎn)生大氣流動(dòng)，從而產(chǎn)生風(fēng)能。所以說，風(fēng)能幾乎是取之不盡、用之不竭的一種能源。尤其是一些交通運(yùn)輸不方便的偏遠(yuǎn)山區(qū)、海島、草原等地方，傳統(tǒng)的電網(wǎng)鋪不過去，常規(guī)的煤油氣等能源又運(yùn)輸不便，在這些地方建設(shè)分布式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有天然的區(qū)位優(yōu)勢(shì)。風(fēng)力發(fā)電對(duì)我國(guó)偏遠(yuǎn)地區(qū)的人民群眾生產(chǎn)生活的改善有著重要意義。我國(guó)國(guó)土面積廣闊，地理環(huán)境復(fù)雜多樣，利用風(fēng)能發(fā)電可就地取材，無需運(yùn)輸，具有很大的優(yōu)越性。風(fēng)電強(qiáng)大的優(yōu)越性和頑強(qiáng)的適應(yīng)性在能源緊張的今天發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

3 分布式風(fēng)力發(fā)電研究

3.1 分布式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)

分布式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的最大特點(diǎn)就是環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，無論是高原、山地，還是海島、邊遠(yuǎn)地區(qū)，只要風(fēng)能達(dá)到一定的條件，都可以正常運(yùn)行，為用戶終端供電。一般來說風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能光伏發(fā)電是可以互相補(bǔ)充的，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和太陽(yáng)能光伏儲(chǔ)電裝置通過技術(shù)改造可以共同組合成一套聯(lián)合供電系統(tǒng)，解決小范圍的居民生活用電完全不成問題。

3.2 分布式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)電原理

風(fēng)力發(fā)電從技術(shù)角度可以分為恒速恒頻和變速恒頻兩種類型。變速恒頻技術(shù)因其利用風(fēng)能充分、控制系統(tǒng)先進(jìn)、靈活而成為風(fēng)電技術(shù)的主流。在實(shí)際利用中，分布式風(fēng)力發(fā)電一般與其他發(fā)電形式相互組合，例如風(fēng)力發(fā)電同太陽(yáng)能發(fā)電相組合形成的“風(fēng)光”發(fā)電系統(tǒng)；風(fēng)力發(fā)電同柴油機(jī)組發(fā)電組合形成的“風(fēng)油”發(fā)電系統(tǒng)；還有三者共同組合成的“風(fēng)光油”發(fā)電系統(tǒng)。不同地區(qū)根據(jù)各自不同的特點(diǎn)選擇適合自身?xiàng)l件的組合形式，充分利用環(huán)境優(yōu)勢(shì)發(fā)展新型能源。尤其值得關(guān)注的是“風(fēng)光”組合發(fā)電系統(tǒng)，使用純天然、無污染的風(fēng)能和光能發(fā)電，代表著分布式發(fā)電技術(shù)的未來發(fā)展方向。從嚴(yán)格意義上來說，風(fēng)能也是來自于太陽(yáng)能，是太陽(yáng)對(duì)地球大氣造成影響產(chǎn)生的氣流，無論是在時(shí)間上還是在空間上，二者都有著很強(qiáng)的互補(bǔ)性，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在環(huán)境適應(yīng)性上不相上下，都適合建立分布式發(fā)電機(jī)組，二者組合擁有良好的匹配性，在未來很長(zhǎng)一段時(shí)間里會(huì)成為引領(lǐng)可再生能源開發(fā)的趨勢(shì)潮流。從風(fēng)能資源的地域分布上看，越是位置偏遠(yuǎn)、人煙稀少的地方風(fēng)能資源就越豐富，而這些地方無論是交通成本還是常規(guī)電網(wǎng)供電成本都相當(dāng)?shù)母?，由于人口稀少，用電?fù)荷普遍不高，在這些地區(qū)周邊發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，能夠充分利用好豐富的風(fēng)能資源，除供應(yīng)周邊居民用電外，還可以接入大電網(wǎng)支持周邊城市的電網(wǎng)

供應(yīng)。

3.3 分布式風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用前景

我國(guó)的風(fēng)能資源在地域分布上范圍十分遼闊，四大高原地形、內(nèi)蒙古大草原、覆蓋大部分地區(qū)的山地、眾多島嶼、平原丘陵等地區(qū)都有十分豐富的風(fēng)能資源，分布式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在我國(guó)有著廣闊的應(yīng)用前景和巨大的商業(yè)潛力。目前我國(guó)對(duì)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用主要在小型分布式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上，如為高原地區(qū)的農(nóng)牧民提供用電服務(wù)的小風(fēng)電機(jī)組。在提倡節(jié)能減排，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的今天，一些城市也在逐步探索開發(fā)利用新型能源，安全無污染、技術(shù)相對(duì)成熟、環(huán)境友好型的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)不斷被應(yīng)用在城市建設(shè)中。隨著傳統(tǒng)常規(guī)能源價(jià)格進(jìn)一步上漲，風(fēng)電的成本優(yōu)勢(shì)會(huì)更加凸顯；科技的進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的進(jìn)一步提高會(huì)使電力需求不斷增加，未來分布式風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用會(huì)越來越多，小型風(fēng)電業(yè)在不久的將來定會(huì)發(fā)生翻天覆地的變化，取得長(zhǎng)足的進(jìn)展。

4 分布式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的分析

4.1 分布式風(fēng)力發(fā)電機(jī)研制方面

考慮到分布式發(fā)電系統(tǒng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性與適用廣泛性的要求，需要風(fēng)力發(fā)電機(jī)有較寬的工作風(fēng)速范圍（3～25m/s），使用變速恒頻技術(shù)可以使風(fēng)力發(fā)電機(jī)在更寬的工作風(fēng)速范圍內(nèi)保持正常運(yùn)行，最大限度地開發(fā)風(fēng)能資源，提高風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電效率、降低單位功率的風(fēng)力發(fā)電成本。在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作風(fēng)速問題在一定程度上得到了解決，如圖1所示，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在對(duì)風(fēng)能的開發(fā)利用上，在運(yùn)行中主要通過兩個(gè)階段來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)風(fēng)況低于額定風(fēng)速（14m/s）時(shí)，發(fā)電機(jī)組可以自動(dòng)控制反力矩將機(jī)組的轉(zhuǎn)速同風(fēng)速相吻合；當(dāng)風(fēng)況高出額定風(fēng)速時(shí)，發(fā)電機(jī)組通過自動(dòng)改變槳距來調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)功率，使輸出電壓保持穩(wěn)定。除了大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其他中小型機(jī)組往往采取固定槳距，改變輸出功率的方式來適應(yīng)風(fēng)速變化，如圖2所示，當(dāng)?shù)仫L(fēng)速高于額定風(fēng)速（中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)額定風(fēng)速為11m/s）時(shí)，發(fā)電機(jī)組的輸出功率就會(huì)下降，對(duì)風(fēng)能的開發(fā)利用就不夠充分，風(fēng)電效率進(jìn)而降低。

由此可見，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組同中小型定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)二者無論是內(nèi)部結(jié)構(gòu)還是運(yùn)行成本上都存在著諸多差異。從對(duì)風(fēng)能的利用上來看，中小型定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)不能夠充分開發(fā)利用風(fēng)能資源，這對(duì)于分布式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的要求來說并不相符。國(guó)外曾有技術(shù)人員嘗試將大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的反力矩裝置和相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上來，雖然付出了大量的艱辛努力，做了無數(shù)次試驗(yàn)，最終還是失敗了，事實(shí)證明，二者間變槳技術(shù)的簡(jiǎn)單移植沒有可行性。想要完全解決這一難題，中小型定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠符合分布式并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的具體要求，就要對(duì)中小型風(fēng)電機(jī)進(jìn)行專門的攻關(guān)設(shè)計(jì)。為此，國(guó)內(nèi)相關(guān)的科研機(jī)構(gòu)在這一領(lǐng)域都進(jìn)行了不懈的研究試驗(yàn)，并取得了一定的理論成果，掌握了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)試驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)，在這一領(lǐng)域的研究填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，在國(guó)際上也處于領(lǐng)先地位。

4.2 分布式發(fā)電理論與技術(shù)研究方面

分布式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)從20世紀(jì)70年代以來經(jīng)過國(guó)內(nèi)外眾多專家學(xué)者的努力研究，到今天已經(jīng)相當(dāng)成熟。當(dāng)前，在能源、環(huán)境等問題的巨大壓力下，風(fēng)力發(fā)電又一次煥發(fā)青春，再次受到各個(gè)國(guó)家和地區(qū)的高度重視。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，風(fēng)電行業(yè)科技應(yīng)用水平不斷提高，風(fēng)電的單機(jī)容量和應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。目前筆者所知的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量最高已經(jīng)達(dá)到了2000kW，風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)輪直徑也變得越來越大，變速變槳技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)上應(yīng)經(jīng)得到普遍使用。

總之，分布式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)作為一種新型的可再生能源，以其自身的諸多優(yōu)勢(shì)正獲得越來越多的青睞，傳統(tǒng)能源的枯竭和環(huán)境問題的日益惡化使未來的能源開發(fā)領(lǐng)域逐漸轉(zhuǎn)向可持續(xù)發(fā)展的可再生能源，分布式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)正面臨著巨大的發(fā)展

機(jī)遇。

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