鄒敦宇

摘? 要：近年來(lái)我國(guó)對(duì)于綠色環(huán)保能源越來(lái)越重視，風(fēng)能作為可再生能源的一種，近年來(lái)在全國(guó)各地得到推廣。隨著我國(guó)相關(guān)技術(shù)的不斷革新與發(fā)展，風(fēng)能成了繼水能之后最具開發(fā)潛力的能源之一，在政府的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼和國(guó)家的政策鼓勵(lì)下，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)得到快速發(fā)展，很多的發(fā)電企業(yè)在該領(lǐng)域投資發(fā)展風(fēng)能發(fā)電技術(shù)，風(fēng)能發(fā)電行業(yè)成了快速發(fā)展的新秀。該文首先對(duì)大型陸上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進(jìn)行論述，其次介紹了大型陸上風(fēng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)，最后簡(jiǎn)述了我國(guó)大型陸上風(fēng)機(jī)技術(shù)存在的不足之處及發(fā)展方向，希望為相關(guān)研究人員提供借鑒與參考，促進(jìn)我國(guó)大型陸上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：再生能源;陸上風(fēng)力發(fā)電;發(fā)電技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM315? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

世界上第一臺(tái)真正意義上的風(fēng)力電機(jī)，于1941年在丹麥制作而成，20世紀(jì)60年代中東的石油等資源能源被廣泛開采和利用，使得油價(jià)經(jīng)濟(jì)又實(shí)惠，而風(fēng)能發(fā)電則逐漸淡出了人們的視線。煤和石油等不可再生能源產(chǎn)生的能量，雖然能滿足工廠企業(yè)的使用需要，但是煤和石油終究是不可再生能源，開采麻煩且終究會(huì)有用完的一天。在1973年爆發(fā)的世界能源危機(jī)中，該問(wèn)題的負(fù)面影響被急劇放大，受到經(jīng)濟(jì)危機(jī)沖擊的歐美各國(guó)，開始逐漸重視對(duì)于風(fēng)能的研究與利用，他們研究如何利用風(fēng)能來(lái)發(fā)電，這不僅有利于緩解不可再生能源使用緊缺的問(wèn)題，而且有利于保護(hù)地球的生態(tài)環(huán)境和人類的生存環(huán)境。

1 大型陸上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的快速發(fā)展

中國(guó)的國(guó)土面積遼闊，西北地區(qū)由于地勢(shì)的原因，相對(duì)于華東、華南地區(qū)而言，其風(fēng)能儲(chǔ)量豐富，普及使用風(fēng)力發(fā)電，不僅有利于節(jié)約不可再生能源，同時(shí)也是對(duì)于風(fēng)能的有效利用。

我國(guó)陸地風(fēng)能儲(chǔ)藏量豐富，風(fēng)力發(fā)電合計(jì)10億kW，是水力發(fā)電總量的3倍左右，且陸上風(fēng)力發(fā)電的成本造價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水電站的建設(shè)費(fèi)用，因此在我國(guó)風(fēng)能發(fā)電應(yīng)該得到大力推廣。

風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的造價(jià)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量大小有密切關(guān)系，如果所需的機(jī)組較少時(shí)，建設(shè)的基本費(fèi)用就較低，則有利于節(jié)約成本，如果發(fā)電機(jī)可以按一定的形式進(jìn)行布局，有利于降低風(fēng)力發(fā)電的成本造價(jià)，且風(fēng)力發(fā)電時(shí)的單機(jī)容量越大，越有利于節(jié)約成本造價(jià)，因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量從20世紀(jì)80年代初的55 kW，發(fā)展到20世紀(jì)80年代中期到90年代初的100 kW～450 kW，90年代中后期以500 kW～1MW為主等，而2010年的發(fā)電機(jī)容量已達(dá)到1000 kW的風(fēng)電機(jī)組，2016年歐美和澳洲的發(fā)電機(jī)容量已達(dá)到l5 MW～20 MW的風(fēng)電機(jī)組，由此可見，近幾十年來(lái)風(fēng)力發(fā)電不斷發(fā)展進(jìn)步，為人類的進(jìn)步發(fā)展提供能源動(dòng)力。

2 大型陸上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 大型陸上風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)械部件技術(shù)情況

大型陸上風(fēng)力發(fā)電機(jī)是由齒輪箱、發(fā)電機(jī)、葉片、輪毅、主軸、機(jī)艙座和塔架等組成的。在施工時(shí)，對(duì)于葉片和齒輪箱等部件的技術(shù)要求相對(duì)較高，如果葉片設(shè)計(jì)不合理很可能在使用過(guò)程中突然發(fā)生斷裂，最終影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的正常使用，且葉片的形狀與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和風(fēng)能的利用效率有較大聯(lián)系，因此研究設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)葉片時(shí)，需要考慮的影響因素較多，象葉片的大小、形狀、耐久性、葉片與齒輪之間的摩擦力大小，在遇到強(qiáng)風(fēng)的情況下是否會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)速過(guò)快而發(fā)生破壞等因素。因此設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要在進(jìn)行較多的實(shí)驗(yàn)之后，才能確定合適的使用葉片及相關(guān)配套機(jī)械設(shè)施。

2.2 大型陸上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制策略

風(fēng)力發(fā)電機(jī)在使用的過(guò)程中，不僅需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)好良好的外形，還需要對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)化的控制，上面兩者的有機(jī)結(jié)合，才能將風(fēng)力發(fā)電機(jī)的良好性能完全發(fā)揮出來(lái)，通過(guò)對(duì)陸上風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行良好的外形設(shè)計(jì)，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)在使用過(guò)程中能夠獲得較多的風(fēng)能，將其轉(zhuǎn)化為機(jī)械能后再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽岣唢L(fēng)能的利用效率，通過(guò)制定系統(tǒng)化的控制策略，考慮到在風(fēng)力較小時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)該如何運(yùn)行，以及風(fēng)力較大時(shí)該如何控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，從而將發(fā)電機(jī)的使用效率提升到最大值，在保證發(fā)電機(jī)正常發(fā)電的同時(shí)，確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)在工作時(shí)候的安全。

2.3 大型陸上直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)

目前直驅(qū)式風(fēng)機(jī)不需要齒輪轉(zhuǎn)向就可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)對(duì)風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，對(duì)于發(fā)電機(jī)的利用效率就會(huì)有較大改觀，而且能夠保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)葉片的穩(wěn)定性，不會(huì)對(duì)葉片造成任何的破壞。但是這對(duì)于直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)型設(shè)計(jì)要求十分嚴(yán)格，使用的材料成本比之前制作風(fēng)力發(fā)電機(jī)時(shí)要更為昂貴，這雖然增加了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)成本，但對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)取得的發(fā)電效益而言，還是具有很大的研究?jī)r(jià)值。

3 國(guó)內(nèi)大型陸上風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)存在的不足及其未來(lái)發(fā)展方向

由于風(fēng)力發(fā)電目前在我國(guó)是一個(gè)新產(chǎn)業(yè)，正處于技術(shù)研究和項(xiàng)目起步的階段，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究對(duì)風(fēng)力發(fā)電可行性理論分析比較少，近年來(lái)，雖然我國(guó)對(duì)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究取得了令人矚目的成就，但是還有一些不足之處需要引起我們的注意。

3.1 風(fēng)電規(guī)劃、基礎(chǔ)配套設(shè)施建設(shè)制約風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展

目前我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)大部分建于我國(guó)西北邊疆的沙漠、戈壁、邊疆、華北平原、東北平原等地。雖然上述發(fā)電場(chǎng)地理位置優(yōu)越，風(fēng)能資源特別豐富，但上述地區(qū)距離發(fā)電負(fù)荷中心的距離相對(duì)較遠(yuǎn)，這就造成上述地區(qū)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱，而電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱就嚴(yán)重削弱了我國(guó)對(duì)風(fēng)能資源的開發(fā)使用和研究。隨著我國(guó)近年來(lái)對(duì)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)項(xiàng)目研究和建設(shè)規(guī)模的逐步加深、擴(kuò)大，一些地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱的問(wèn)題日益凸顯。我國(guó)相關(guān)部門對(duì)規(guī)劃風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)嚴(yán)重滯后于風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的發(fā)展速度，其主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：第一，風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的基礎(chǔ)配套設(shè)施建設(shè)相對(duì)落后;第二，相關(guān)研究人員對(duì)風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目缺乏足夠的資源評(píng)價(jià)評(píng)估;第三，國(guó)家、地方政府及相關(guān)部門對(duì)風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的具體規(guī)劃不合理。

3.2 風(fēng)力發(fā)電嚴(yán)重的依賴于政府補(bǔ)貼

我國(guó)地方政府和相關(guān)部門通過(guò)財(cái)政補(bǔ)貼對(duì)風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目進(jìn)行政策、資金的大力扶植幫助，目前我國(guó)政府及相關(guān)部門對(duì)風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目的財(cái)政補(bǔ)貼比例相對(duì)于他國(guó)來(lái)說(shuō)已經(jīng)是很高的了，特別是在我國(guó)火電標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)低的地區(qū)，在我國(guó)新疆維吾爾自治區(qū)的哈密，其2015年底已并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電的電價(jià)是0.51 元/kW·h，火電標(biāo)桿電價(jià)是0.25 元/kW·h，財(cái)政補(bǔ)貼占比已經(jīng)高達(dá)51.5%，這一比例已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于歐美國(guó)家，造成風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)能過(guò)剩等不利因素，給國(guó)家財(cái)政帶來(lái)巨大虧損。

3.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商對(duì)國(guó)外技術(shù)的依靠

目前我國(guó)很多地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商通過(guò)購(gòu)買歐美國(guó)家的風(fēng)力發(fā)電核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目的建成與擴(kuò)大，這就造成我國(guó)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)無(wú)自主研發(fā)、風(fēng)力發(fā)電關(guān)鍵設(shè)備材料嚴(yán)重依靠國(guó)外進(jìn)口的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。依靠國(guó)外進(jìn)口不僅加大了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組建設(shè)的生產(chǎn)成本，而且造成目前我國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)單位千瓦造價(jià)在4 000元上下浮動(dòng)不變;其次依靠國(guó)外進(jìn)口造成會(huì)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)更新比較慢，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)重要的核心技術(shù)上依然嚴(yán)重依賴國(guó)外提供技術(shù)支持。

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