在社会经济飞速发展的今天,城市人口数量与日俱增,城市能源需求也越拉越大,由此带来的城市能源危机和环境污染问题越来越严峻。在这种时代背景下,全世界各国都不断寻找新的能源、发展新能源产业,风力发电便是在这种时代背景下出现的最成熟、规模最大的发电技术,其安全性、清洁性和环保性成为国内外人士研究的热点,在国内呈现出直线增长态势。但风力发电有着涉及内容多、工程规模大的特点,为此这里我们有必要对风力发电技术的现状与发展进行分析。
一、风力发电技术概述
自上个世纪末期我国颁发《电力法》和本世纪初期《再生能源法》之后,国家明确鼓励和支持可再生能源发电产业的发展,风力发电在此时代背景下得到了长足的发展。自2006年以来,我国风力发电量每年以80%的速度迅速攀升,截至目前已成为世界第一风力发电大国。可以预见,在全球能源危机日渐突出的新时期,随着环境污染和能源问题的加剧,必然促使社会各行业、各企业不断寻找新能源,如何实现节能减排目标、走可持续发展道路已成为未来社会发展的必然趋势,这也是我国未来经济发展的主要基调。风电技术作为可再生能源技术中最为成熟的一个,再加上我国幅员辽阔、北方风能发达,可谓具备得天独厚的优势。
1、风力发电的再生性和环保性
风力发电技术是一个无污染、能量大、前景广且反复利用的能源,大力发展风电技术不仅是我国新能源战略选择,更是世界新能源发展的必然趋势。在不少发达国家,已经将风力发电列为国家新能源首选,另外由于风能与太阳能一样都是取之不尽用之不竭的,其在未来发展中无须担心能源枯竭,也无须担心走错道。在国内,随着改革开放力度的不断加大,环境污染、能源危机等问题已经影响到国家发展,牵扯国计民生,各种再生资源的不断加少使得国内能源和资源开采受到很大的限制,因此大力发展风力发电技术势在必行。
2、风力资源丰富
我国幅员辽阔、地大物博,从南沙群岛到西藏高原,各种地形十分复杂。这些复杂多变的地形环境造就了国内丰富的风力资源,无论是东南沿海的台风还是高原山地的风力,都能充分利用其进行发电。这些资源对于世界来讲,可谓是得天独厚,世界各国对我国的资源也十分的羡慕,但风能却不是谁想卖就能卖的能源,因此大力开发这一能源十分必要。
3、风力发电机组控制技术现状
近年来,随着风力发电事业的迅速发展,风力发电中也出现了一定的问题,主要集中在风力发电机组大型化、综合化方向,先进的控制策略和技术措施管理成为目前工作的难点。尤其是在近几年来,随着电子技术、信息及技术和互联网技术的普及,这些技术在解决风力发电机组管理、控制难题的同时,也引起了技术改革高潮。
随着风力发电技术的发展,风力发电机由早期的直流发电机、笼型异步发电机等演变为当前的双馈异步发电机和低速直驱永磁同步发电机等。同时,风力发电机自身技术水平的提高,又有力地促进了风力发电整体技术的进步。例如,双馈异步发电机及其控制技术的成熟,使变速恒频风力发电得以实现,成为当前风力发电系统的主流。
二、风力发电机组技术发展前景
目前,国际上大型风力发电机组正朝着增大单机容量、减轻每单位容量的自重、提高转换效率的方向发展。除了前述的各种发电机,各国研究人员从提高风力发电机组的效率和可靠性、降低大型发电机的制造难度等角度出发,还提出了其他一些具有商业化潜力的风力发电机。
以异步发电机为主流的发电机因其结构简单、坚固耐用、价格便宜等优点,被作为电动机广泛使用,但其由于自身运行范围窄、功率因数较低等缺点,发展空间有限;变速恒频风力发电系统中的核心器件为双馈异步风力发电机,该系统采用齿轮箱和双馈异步风力发电机相结合的形式,但是齿轮箱的性能优劣制约着整个发电系统的效率和安全,双馈异步发电机需要使用电刷和滑环,这降低了系统的可靠性,也增加了制造和维护成本。
针对上述缺点,国外学者提出了永磁异步电机的概念,采用多极永磁同步发电机的直驱型变速恒频风力发电系统省去了增速齿轮箱,避免了齿轮箱性能优劣对整个系统的制约,在实际运行中提高了功率因数和发电效率,降低了维护成本,永磁异步电机具备广阔的发展前景;另外,近年提出的无刷双馈电机由于兼具了直驱式永磁同步发电机和双馈异步风力发电机二者的优点,在实际应用中越来越受到关注,顾名思义,无刷双馈电机由于没有电刷和滑环,使得其可特别有利地用作为风力涡轮发电机,这可以极大地避免在广泛使用的双馈感应发电机中由于电刷与滑环的问题所带来的主要故障模式,提高了系统的安全性和可靠性,研究表明无刷双馈电机和双阶齿轮箱的组合具有优异的可靠性且保持较低成本。
风能是一种清洁的可再生能源,风力发电已经成为世界各国重点发展的能源之一,随此而来的是风力发电机的制造业也成为新兴的制造产业,势必促进风力风电上下游产业的发展,也势必促进风力发电机控制技术的更快发展。风力发电机与风力发电系统互为因果,共同发展,相互促进。近年来风力发电系统的容量不断增大,风能领域新技术的快速发展,有力地促进了风力发电机的设计、制造、控制以及运行维护水平的提高,各种新型化的风力发电机及其控制系统不断涌现,为实际应用提供了多种选择。
三、结语
总之,风力发电技术在我国当前环境问题不断恶化的情况下有着良好的发展趋势,其清洁性、环保性和高效性在电力行业中占有很大的地位。风力发电机的设计制造与诸多行业密切相关,风力发电机作为风力发电领域的关键技术点,进行深入探索非常必要。
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