国内外风力发电技术趋势_国内外风力发电技术

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国内外风力发电技术趋势

1.风力发电新技术

地球上风力资源蕴藏量很大，是一种既清洁又廉价的再生资源。世界气象组织（WMO）估计地球上海洋和陆地的风能源约为200亿kW，其中陆地约占一半。在全球范围内能源短缺和生态环境日益恶化的今天，各国对风能的开发利用越来越重视。许多国家把风电建设作为重要的能源政策。目前有些发达国家成功地使每千瓦风电投资接近火电投资，并将进一步降低发电成本。风电工业将在全世界有较大的发展前景。我国有丰富的风力资源。国家发改委和国家科委共同制定的“1996—2010年中国新能源和可再生能源发展纲要”及“新能源可再生能源优先发展项目”也体现出风力发电是我国可再生能源的发展方向，它可改善我国能源工业面临的经济增长和环境保护的双重压力。

绿色能源中，风能不仅储量大，可利用率高，而且便于大规模开发。1990年以来，全球风力发电设备总装机容量增长了15%，年平均增长率达到20%。截至2001年底，全世界风力发电装机容量已达24100MW。已运行机组的最大单机容量已达5MW。我国可开发利用的风能资源陆地为2.53亿kW，近海7.5亿kW，合计10.03亿kW，仅次于前苏联和美国。近年来，我国风力发电装机容量增加较快，2003年达567MW。按照国家发展规划，我国风电装机容量到2005年将达1000MW；2010年将达4000MW；2015年将达10000MW；2020年将达到20000MW。目前我国新建和在建的风电场的机组基本上是由丹麦、德国等国提供成套设备或引进技术和部件在国内制造组装。

在风力发电中，当风力发电机与电网并联运行时，要求风电的频率与电网频率保持一致，即频率保持恒定。恒速恒频指在风力发电过程中，保持发电机转速不变，从而得到恒频的电能；变速恒频指在风力发电过程中发电机的转速可随风速变化，而通过其他控制方式来得到恒频电能。

当风速在一定范围变化时，若允许风力机做变速运行，则能达到更好利用风能的目的。这是由于风力机的输出功率系数Cp在某一确定的尖速比（叶轮尖的线速与风速的比值）TSR（tip speed ratio）下达到最大值。恒速恒频的风力机转速保持不变，而风速又经常变化，显然Cp不可能保持在最大值。变速恒频风力发电系统的特点是风力机和发电机的转速可在很大范围内变化而不影响输出电能的频率。由于风力机的转速可变，可以通过适当的控制，使风力机的尖速比处于或接近于最佳值，从而最大限度的利用风能。

为充分利用风能电源，风力发电系统应采用变速恒频控制策略。4种变速恒频控制方案的性能对比见下表，通过以上的对比分析可知：（1）方案一和方案囚的风力发电系统，其变频器的容量与系统容量相同，因此一般适用于小容量的风力发电系统。（2）对于大、中容量的风力发电系统，适于采用方案二或方案三，因为变频器的容量仅为系统总容量的一小部分。（3）方案二和方案三的风力发电系统，皆可在亚同步和超同步状态下运行，具有更宽的转速运行范围。（4）方案一、三和四的风力发电系统，所采用的发电机转子结构无电刷和滑环，坚固耐用，具有较高的可靠性。（5）若采用直接驱动方案，无需增速齿轮箱，则可降低系统运行噪声，进一步提高可靠性。实际上，直接驱动和变速恒频是风力发电的两个重要发展方向。

3.国内风力发电情况

3.1沈阳工业大学风能技术研究所

该所承担的一项国家“863”计划课题，一台兆瓦级风力发电机将矗立在康平县的一风口处。有关专家(所长姚兴佳教授)称，这台兆瓦级风力发电机底径4米,白色锥形塔柱高达60米，在顶部安装机仓和叶轮，叶片直径长达62米，这样，整机距地面垂直高度达90米。2001年，在国家科技部举行的兆瓦级风力发电机招标上，沈阳工业大学风能技术研究所提出的这个设计方案头榜中标，获得1500万元的研制经费。目前该所正在组织相关企业进行安装。我国对大型并网型风电机组的研究工作始于80年代，并相继研制出了20千瓦到600千瓦的风力发电机组。但相当或更大容量的、当前在中国风电场的主流机组，基本上都是从国外引进的，国内目前还没有一台兆瓦级风电机组。

3.2兰州电机厂 与清华大学合作研制开发双馈绕线型三相异步风力发电机及励磁控制系统。可向风电场

整机成套单位提供750—2000kW电机及励磁系统的成套产品。

3.3为国家“863”项目生产的国内首台双馈绕线型三相异步风力发电机（YRFF500-41000kW 690V）

已制造完成，并通过地面模拟试验。

双馈绕线型三相异步风力发电机主要适用于风电场的并网发电机组。1