史儉峰

摘要：尋找可以有效取代化石燃料的新型可再生清潔能源，是當前電力系統(tǒng)的重要目標，也是減少環(huán)境污染的必然要求?；诖?，本文主要概述風力發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)，分析風能發(fā)電的發(fā)展趨勢，并提出控制有效風力發(fā)電功率的策略，旨在促進風能發(fā)電良性發(fā)展。

關(guān)鍵詞：風力發(fā)電；電功率控制；有效策略

21世紀以來，人們的生產(chǎn)生活對電力系統(tǒng)的依賴與日俱增。但依靠化石燃料的發(fā)電方式會污染大氣環(huán)境，而且化石燃料的形成需要上億年，是非再生資源。對此，為改善環(huán)境的污染情況，我國電網(wǎng)利用風能資源等清潔能源發(fā)電，促進我國可持續(xù)發(fā)展，為社會發(fā)展貢獻力量。

一、風力發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)

（一）功率預測

在我國的電力系統(tǒng)中，風能發(fā)電目前是重要組成部分，而發(fā)電功率預測是較重要的技術(shù)之一。在風力發(fā)電站內(nèi)，由于受到風力和風速影響，電量的產(chǎn)能效率較不穩(wěn)定，風速大時，電力產(chǎn)能大；風速小時，功率下降。在風力發(fā)電站內(nèi)，產(chǎn)生的電量會輸入電網(wǎng)，引進千家萬戶。但由于風力發(fā)電的電功率不夠穩(wěn)定，引入電網(wǎng)的難度也會隨之增大。在發(fā)電時，工作人員要測試風速，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)進行調(diào)節(jié)，確保發(fā)電的效率和電網(wǎng)的穩(wěn)定程度。

目前，相關(guān)技術(shù)人員會根據(jù)風速測試和用電需求，把握風的產(chǎn)生和時長，并將風的功率測試分為短期和長期兩個測試周期。短期測試主要是對風力發(fā)電系統(tǒng)實時調(diào)節(jié)、對發(fā)電方式和時長進行控制，劃分測試區(qū)域，有效把控風能資源。

電廠工作人員將風力發(fā)電模型分為物理、統(tǒng)計測算、模型排列三種。其中，物理分類法主要是電廠工作人員和氣象部門人員聯(lián)手，根據(jù)相關(guān)氣象理論，模擬演示可能出現(xiàn)的風速，根據(jù)實驗結(jié)果組件發(fā)電模型，幫助電廠工作人員準確設(shè)計發(fā)電機組模型，完成風力把控，但風具有很多不確定性，風的產(chǎn)生時間和速度都沒有規(guī)律，容易出現(xiàn)誤差，會影響電力產(chǎn)能。統(tǒng)計測算主要是工作人員利用數(shù)學和統(tǒng)計學概念進行模型構(gòu)建，分析測算對象和統(tǒng)計模型二者之間的聯(lián)系，掌握風能發(fā)電的相關(guān)規(guī)律。統(tǒng)計測算法也能從深層次解析風能發(fā)電功率和發(fā)電數(shù)據(jù)，是有效測算相關(guān)數(shù)據(jù)的方法。目前，測算功率的方法主要有時間序列測算法和機械測算法，綜合性極強。組合模型測算法是工作人員將多種測算方式結(jié)合，能夠從根本上降低測算結(jié)果誤差。

（二）機組調(diào)節(jié)

風力發(fā)電廠在發(fā)電工作過程中，當風力滿足發(fā)電需求時，發(fā)電機會為風力發(fā)電站的發(fā)電量和供給電網(wǎng)的電量提供支持，所以風力發(fā)電廠的工作人員必須熟練使用發(fā)電機組的儀器設(shè)備，掌握相關(guān)技術(shù)和操作流程。風力發(fā)電機組工作的核心是將新能源轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，再將機械能轉(zhuǎn)化為電能，最后將產(chǎn)生的電能并入電網(wǎng)中，為社會發(fā)展提供電力能源。在自然環(huán)境下，風速相對較弱時，電廠發(fā)電機組工作人員要快速對機組進行緊急調(diào)控處理，在最短時間內(nèi)將風能轉(zhuǎn)化為電能，提升發(fā)電機組的工作效率。另外，在自然環(huán)境中風力較大時，工作人員必須重點把握發(fā)電機組的性能特點，把控發(fā)電功率和電容量，避免機組出現(xiàn)電量過載的可能，降低不必要風險出現(xiàn)的可能性，提高發(fā)電功率。如果要想延長發(fā)電機組的使用年限，增加發(fā)電量，風力發(fā)電廠工作人員要重點關(guān)注發(fā)電機組的電容量和工作效率。在進行發(fā)電作業(yè)時，發(fā)電機組必須及時獲取風能，高效率地將風能變成機械能，再由機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。風力發(fā)電廠的每一個工作組件都有最大限度值，只有在某一區(qū)間內(nèi)，才能有效增加電功率，擴大電容產(chǎn)值，確保發(fā)電機組工作穩(wěn)定，從而提高發(fā)電效率。

當前，我國的大部分風力發(fā)電廠主要運用以下兩種技術(shù)提高發(fā)電功率：

1.渦輪變速技術(shù)

在發(fā)電中將機組螺旋葉片和渦輪固定，由于這種技術(shù)組件難度系數(shù)小，操作簡單，在發(fā)電過程中具有一定穩(wěn)定性，被廣泛用于很多風力發(fā)電廠。但在實際操作中無法根據(jù)風速調(diào)節(jié)螺旋葉片轉(zhuǎn)動的角度，存在一定的缺陷和不足。這種發(fā)電技術(shù)更多的是通過動力學原理，在實際生產(chǎn)中難以確保發(fā)電機組準確有效捕捉風能，無法最大程度上利用資源，容易給發(fā)電機組和相關(guān)設(shè)備帶來一定程度的損耗。

2.矩陣調(diào)節(jié)技術(shù)

在實際工作中，發(fā)電廠會根據(jù)風速情況改變螺旋槳葉片角度，進而改變發(fā)電矩陣效率，但在發(fā)電過程中，實時發(fā)電功率過小時，螺旋葉片會徘徊在零刻度線；實時發(fā)電功率過大時，螺旋槳會加速旋轉(zhuǎn)，螺旋葉片轉(zhuǎn)動靈活性強，可以將發(fā)電功率控制在安全范圍內(nèi)。利用此種發(fā)電技術(shù)，工作人員可以通過對控制系統(tǒng)的操作，改變發(fā)電機組工作狀態(tài)，確保調(diào)節(jié)工作有效進行，最大程度上滿足風力發(fā)電場的發(fā)電需求，為人們提供更加充足的電力資源。

（三）自動控制

風力發(fā)電場的自動控制系統(tǒng)大多采用無功控制，在實際應用中，主要有工作人員對不同的發(fā)電設(shè)備和系統(tǒng)進行統(tǒng)一操作，其中，主要的控制系統(tǒng)由風力無功自動控制系統(tǒng)和監(jiān)控設(shè)備組成。在控制系統(tǒng)中，自動系統(tǒng)可以與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)合，形成輔助，確保不同發(fā)電機組的獨立性和穩(wěn)定性。在實際操作中，風力無功自動控制系統(tǒng)可以通過檢測電壓，向遠程操作臺提供數(shù)據(jù)，確保發(fā)電效率。遠端控制臺可以直接控制設(shè)備，為預定電力接收裝置提供充足的電量，將發(fā)電功率控制在較大值范圍內(nèi)。

二、風力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢

（一）增大電容

隨著人口數(shù)量的增加以及技術(shù)水平的不斷提升，未來風力發(fā)電廠的發(fā)電量會逐年增加，甚至取代傳統(tǒng)的化石燃料。我國現(xiàn)有的風力發(fā)電場發(fā)電值大多都維持在1kWh，較大的發(fā)電站發(fā)電值突破了6MW的節(jié)點。但目前，一些西方發(fā)達國家已經(jīng)出現(xiàn)了超過8MWh的風力發(fā)電機組，還有部分國家正在研發(fā)發(fā)電功率超過10MW的發(fā)電裝置。對比與分析世界各國風力發(fā)電站的數(shù)據(jù)可知，至少未來七十年，我國的風力發(fā)電站發(fā)電容量會突破80MW。風力發(fā)電站具備以下優(yōu)勢：

1.經(jīng)濟效率高

在風力發(fā)電站發(fā)電過程中，發(fā)電設(shè)備的造價相對較低，隨著科技的不斷進步，相關(guān)建材的造價會降低。很多風力發(fā)電站的資金投入量甚至和化石煤炭等發(fā)電成本齊平。除此之外，由于我國幅員遼闊，物產(chǎn)資源豐富，勞動力基礎(chǔ)牢固，未來風力發(fā)電場創(chuàng)造的經(jīng)濟收益會越來越高，可以更好地滿足社會各界的用電需求。

2.建造工期短，建成后可以隨時投產(chǎn)

風力發(fā)電場的建設(shè)效率極高，建筑工程隊可在相對較短的時間內(nèi)完成風力發(fā)電場的建設(shè)工作，避免緊急情況出現(xiàn)。技術(shù)人員可以通過風力發(fā)電場，滿足偏遠地區(qū)和鄉(xiāng)村地區(qū)人民的生產(chǎn)生活用電，維持社會穩(wěn)定。

目前，國際社會對風力發(fā)電場的重視程度越來越高，風力發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模也在逐年擴大，但我國風力發(fā)電系統(tǒng)在開發(fā)階段還存在一些弊端，間接導致很多關(guān)鍵性的技術(shù)問題至今依然無法解決。我國的風力發(fā)電廠發(fā)電設(shè)備的電容量正在不斷擴張，間接導致風力發(fā)電系統(tǒng)不穩(wěn)定，針對這一情況，技術(shù)人員要不斷利用新技術(shù)和新材料，確保風力發(fā)電場發(fā)電裝置的穩(wěn)定性，促進我國經(jīng)濟發(fā)展。

（二）轉(zhuǎn)變陣地

目前，我國絕大多數(shù)風力發(fā)電站建在內(nèi)陸，建在海上的風力發(fā)電場相對較少。然而，海上發(fā)電場和陸地發(fā)電廠的工作原理基本一致，更加容易滿足我國的用電需求。海上風力發(fā)電場可以從根本上解決土地資源流失和浪費情況，而且在海洋上的風力和風速大于陸地，儲備的能量會更多，未來前景較好。

（三）提高效率

近年來，隨著我國的科學水平不斷提高，科研人員對風力發(fā)電的技術(shù)掌握程度在不斷升高，妥善解決了傳統(tǒng)發(fā)電方式中存在的問題。但很多風力發(fā)電場的設(shè)備使用年限都相對較短，磨損嚴重，投產(chǎn)不超過十五年就必須進行報廢處理，且這些材料和設(shè)備的造價大多較高，需要大量的資金投入。在建造完成投入使用后，還要定期進行設(shè)備維修和保養(yǎng)，對人力和財力的損耗相對較大。所以必須不斷加強相關(guān)設(shè)備的材料更新和技術(shù)改革，引進國外先進風力發(fā)電技術(shù)，節(jié)能降耗，降低成本投入，提升風力發(fā)電場的工作效率。

三、風力發(fā)電電功率控制的有效策略

（一）控制發(fā)電機

為有效控制風力發(fā)電電功率，工作人員可以利用風力資源和相關(guān)參數(shù)，準確高效地調(diào)節(jié)工作機組的電量輸出功率。一旦風力相對穩(wěn)定平緩，技術(shù)人員要注意調(diào)節(jié)發(fā)電設(shè)備的電力輸出。在風速穩(wěn)定時，對發(fā)電機組進行變速處理，將發(fā)電功率調(diào)到最大值。當風速不可控時，調(diào)整發(fā)電機組的螺旋葉片和間距，控制好螺旋發(fā)電葉片的角度，確保發(fā)電功率的穩(wěn)定性，為國家電網(wǎng)輸送更多電量，保障人們的正常生產(chǎn)和生活。

（二）電池儲能

風力發(fā)電站工作人員通過控制發(fā)電機組電量的儲存設(shè)備和電量流向，確保直流電電壓相對穩(wěn)定，并將差值降到最低范圍以內(nèi)。發(fā)電機組電池主要利用電流轉(zhuǎn)換器將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，在電池內(nèi)增加隔熱層和絕緣層，避免二極管和絕緣晶體粘連產(chǎn)生電阻，從根本上防止發(fā)電機組的交流電產(chǎn)生，防止發(fā)電機組出現(xiàn)電量過載、電壓過高的風險。直流電主要通過發(fā)電機組開關(guān)的開啟和關(guān)閉，維持發(fā)電機組整體的穩(wěn)定，控制電功率，確保發(fā)電機組穩(wěn)定，避免出現(xiàn)不必要的電量消耗，保障發(fā)電機組電量儲備充足。

（三）仿真研究

風力發(fā)電場工作人員通過發(fā)電機組的無級變速原理，布控發(fā)電過程中系統(tǒng)的相關(guān)環(huán)節(jié)，并打造立體方陣發(fā)電矩陣。為了確保模擬結(jié)果相對準確，相關(guān)數(shù)據(jù)精確程度更高，工作人員可以分析和研究發(fā)電系統(tǒng)中電量的消耗和設(shè)備的損耗情況，并在模型中重點觀察風力發(fā)電系統(tǒng)運行過程中的損耗。風力發(fā)電機組的變速裝置在發(fā)電過程中容易出現(xiàn)一定程度的消耗，設(shè)備內(nèi)壁的材料和電流接觸時會產(chǎn)生相斥反應，這種現(xiàn)象在模擬實驗中工作人員容易獲得，機器的磨損程度和消耗值也會根據(jù)摩擦數(shù)據(jù)計算獲取。

因為模型相對復雜，所以通過風力發(fā)電變速裝置工作時的原子消耗在機器的運轉(zhuǎn)，工作人員可以利用相關(guān)軟件進行模擬實驗，再將實驗結(jié)果輸入到仿真模型中進行數(shù)據(jù)比對和模擬。在模型中根據(jù)損耗程度，掌握機組運行數(shù)據(jù)，再計算結(jié)果和磨損數(shù)據(jù)，以此得出機器之間的摩擦系數(shù)。由于發(fā)電機組內(nèi)的模擬模型操作相對復雜，工作人員在風能發(fā)電設(shè)備的運轉(zhuǎn)中通過操作無級變速裝置，可以利用模型進行模擬和還原，再將測算數(shù)據(jù)輸入到模型中，找出機器損耗的臨界值。在發(fā)電設(shè)備工作時，通過合理改變參數(shù)，可以根據(jù)機組和風能接收裝置之間的聯(lián)系，降低損耗和發(fā)電電阻的電阻值，掌握發(fā)電機運轉(zhuǎn)的相關(guān)情況。在測算中，可以改變發(fā)電裝置中的電阻值，需要在仿真模型中進行數(shù)據(jù)測算。

在仿真模型中，風力發(fā)電裝置中的電量存儲裝置可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的相關(guān)參數(shù)和數(shù)據(jù)自動配對，確保裝置在啟動后可以順利達到設(shè)定功率，當機組工作超負荷時，可以確保機組內(nèi)部的電量儲備始終位于設(shè)備開啟時一半的電量存儲。發(fā)電廠工作機組的電源存儲容積相對有限，不能無限存儲電量和釋放電量，所以工作人員可以結(jié)合風力發(fā)電機不同工作狀態(tài)下的數(shù)據(jù)進行調(diào)整，將電量和接受的風能調(diào)整至較大值，確保電網(wǎng)在直流電和交流電的作用下充分釋放電能，提升發(fā)電功率。為確保發(fā)電機組工作穩(wěn)定，可以結(jié)合實際風速，調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)值，保障電力供應。

四、結(jié)語

當前，風力發(fā)電早已成為人們的重點討論話題，被社會各界高度重視，相關(guān)學者也針對相關(guān)課題展開深入研究。隨著環(huán)境污染程度日漸嚴重，風力發(fā)電技術(shù)被廣泛運用，尤其是偏遠落后的地區(qū)，利用風力發(fā)電技術(shù)，可以充分發(fā)揮地區(qū)自然條件優(yōu)勢，拉動經(jīng)濟增長。

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