风电技术现状及发展趋势.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径学海无涯苦作舟页码：风电技术现状及发展趋势CurrentSituationandDevelopingTrendofWindPowerTechniqueThepapermainlydiscussesthecurrentsituationanddevelopingtrendofwindpowertechnique.Abstract:Keywords:anemo-electricgenerator；currentsituation；developingtrend0引言风电古老而现代但之所以到近代才得以发展是因为在这方面存在许多实际困难。主要表现在：（1）风本身随机性大且不稳定对其资源的准确测量与评估存在误差；（2）风速大小、风力强弱、风的方向都随时间在变化设计制造在不同风况下都能保持稳定运行的风电系统并使其风电输出功率效率高且理想平滑十分困难；（3）风为间歇式能源有功功率与无功功率都将随风速的变化而变化在与电网连接时需要考虑输出功率的波动对地区电网的影响。此外在降低制造成本和运行维护费用的前提下如何提高系统运行的安全性与可靠性、如何延长风力发电机的寿命以及改善系统储能措施使其容量更大、体积更小、效率更高且寿命更长等问题上尚有待于得到更完善的解决。1风力发电技术发展现状现代风力发电系统由风能资源、风力发电机组、控制装置及检测显示装置等组成。风力发电机组是风电系统的关键设备通常包括风轮机、发电机、变速器及相应控制装置用来实现能量的转换。完整的并网风力发电系统结构示意图见图1。率曲线比较长期以来风力发电系统主要采用恒速恒频发电方式（ConstantSpeedConstantFrequency简称CSCF）和变速恒频发电方式（VariableSpeedConstantFrequency简称VSCF）两种。恒速恒频发电方式概念模型通常为“恒速风力机+感应发电机”常采用定桨距失速或主动失速调节实现功率控制。在正常运行时风力机保持恒速运行转速由发电机的极数和齿轮箱决定。由于风速经常变化功率系数Cp不可能保持在最佳值不能最大限度地捕获风能效率低。变速恒频发电方式概念模型通常为“变速风力机+变速发电机（双馈异步发电机或低速永磁同步发电机）”采用变桨距结构启动时通过调节桨距控制发电机转速；并网后在额定风速以下调节发电机反转矩使转速跟随风速变化以保持最佳叶尖速比从而获得最大风能；在额定转速以上采用变速与桨叶节距的双重调节限制风力机获取的能量以保证发电机功率输出的稳定性。前者结构简单、运行可靠但其发电效率较低而且由于机械承受应力较大相应的装置成本较高。后者可以实现不同风速下高效发电从而使得系统的机械应力和装置成本都大大降低。两者运行功率曲线比较如图3所示。可以看出采用变速恒频发电方式能在风速变化的情况下实时调节风力机转速使之始终在最佳转速上运行捕获最大风能[2]。2风力发电技术发展趋势新型材料的运用设计水平的提高以及控制技术的改进都将使得风电机组功率曲线不断改善运行可靠性不断提高自动化程度不断加深。结构简单、容量大、稳定性和适应性好、发电效率高、寿命长、智能化程度高及发电成本低皆是未来的风电机组不断的追求。德国、丹麦、西班牙、英国、荷兰、瑞典、印度、加拿大等国进行了大量的投资对风电系统中各项技术展开研究。总的来说发展趋势具体呈现如下几个方面。2.1风电场的选址风力大小与地形、地理位置及风轮机安装的高度等因素有关。所以风电场的选址将直接影响对风能资源的评估利用。由于风电技术日趋成熟现今的风电场选址也将逐步呈现如下的几个趋势。（１）由强风带向弱风带过渡启动风速低轻风启动、微风发电能够实现对广大的低风速资源的开发增加风机的年发电时间从而最大限度地捕获风能最大限度地挖掘风能资源。（２）由平坦地形向复杂地形扩展不同的地形、地貌会影响风的正常流动有的使风加速、有的则使风减速有利地势与地形的选择将会增加风电的产出。（３）由陆地向海上迁移与陆地上风电场相比海平面十分光滑因此风速较大且具有稳定的主导风向允许安装单机容量更大的风机可实现高产出[3-4]。2.2风电机组技术当前风电机组的主要发展方向是质量更轻结构更具有柔性直接驱动和变速恒频等。从目前的发展趋势来看以水平轴、上风向、三叶片的升力型机组为主流的风电机组中具有如下特点。（1）变桨距调节方式将会逐步取代定桨距失速调节方式变桨距调节能够按最佳参数运行额定风速以下具有较高的风能利用系数功率曲线饱满；额定风速以上功率输出稳定不会造成发电机超负荷；较定距失速式整机受力状况得到改善而且年发电量