基于风力发电技术探索与研究

杨振环

摘要：本文在风力发电的优势的基础上,对我国风力发电技术的发展进行思考,最后对风力发电技术作出了展望。风力发电作为一种清洁的可再生能源,同时又是新能源发电技术中最成熟和最具规模开发条件的发电方式之一,因此在世界各地得到迅速发展。本文是个人的一些观点，以供同行参考。

关键词：风力发电技术； 优势； 展望；

中图分类号：P512.2+1文献标识码：A 文章编号：

前言

风能是非常重要并储量巨大的能源，它安全、清洁、充裕，能提供源源不绝，稳定的能源。目前，利用风力发电已成为风能利用的主要形式，受到世界各国的高度重视，而且发展速度最快。我国的风力发电技术经过几个五年计划的科技攻关，在风电机组整机及零部件制造技术、风电接入系统仿真技术、风电场选择及建设技术等方面都取得了长足的进步。同时，我国已开始发展近海风能资源的近海风电机组和风电场技术。可以预测，随着风电产业和技术的快速发展，风力发电将成为我国可再生能源中极具规模化开发条件和商业化发展前景的一种新能源，是成本最低的温室气体减排方案之一。

一、风力发电的优势分析

随着国民经济的进一步发展，电力的需求与目前的供应有较大的缺口，再生能源中的风力发电是当前现实的选择，其优势主要体现在：一是风能是是可再生能源，风力发电就是用风来发电，不消耗像煤、石油或天然气之类的资源。二是风电场的建设周期短。例如，一个十万千瓦级的风电场建设期可以在一年内建成。当按照有关的软件、或经验、或调查研究选定风电场的地址后，定好设备，修好路，就可安装风力发电设备，这种建电厂的速度是其他电厂所不能相比的。三是风电场的运行可以无人值守，维护简单。随着计算机技术的发展和风力发电机的不断革新，风力发电机的自动化程度越来越高，实现了远程控制。四是造价低。从国外建设风电场积累的数据看，建造风力发电场的费用比建造水力发电厂、火力发电厂或核电站的建造费用低。五是占用土地少。风电场可以建在荒岛上，沙漠中，甚至建在沿海的浅海中，能减少对耕地的占用。即使是建在可耕地上，只要设计合理，也不影响耕作。六是不污染环境。使用风力发电，不会产生任何的废气或废物，对人类以及环境都不致造成任何的损害。一台600kW 的风机，每年减少其它石化能源发电排放的1200 吨的二氧化碳。目前，利用风力发电已成为风能利用的主要形式，受到世界各国的高度重视。随着国家发展规划与相关激励政策的不断出台，我国风电产业必将进入一个崭新的大规模高速发展阶段。

二、我国风力发电技术发展问题分析与思考

风力发电技术是一种极具利用潜能的可再生能源发电技术，是目前成本最接近常规电力、发展前景最大的可再生能源发电。近年来，我国风力发电市场快速发展，迫切需求风力发电技术的同步发展。随着风力发电技术的日趋成熟，风力发电优势也更加凸显。近年来随着可持续发展的需要、技术的进步、环境保护意识的增强以及有关政策的制定，风力发电技术有了长足的进步。当前，特大型风机设计仍以丹麦型为主导，制造材料也更加多样化，工艺水平也不断提高，设计思想也不断推陈出新，预计在以下几个方面会有大的突破。

1、风轮叶片设计与制造技术。风轮叶片是风力机的主要动力部件，叶片设计与制造技术涉及叶片材料、叶片结构与气动性能。传统的叶片大多采用玻璃钢制造，主要考虑玻璃钢的重量轻、比强度和比刚度高、耐腐蚀、易成型、抗疲劳性能好等优点。现在大型风力机的发展趋势是采用高强度轻质大容量叶片，主流机组已普遍采用玻璃纤维增强复合材料，优点是可根据风力机叶片的受力特点设计强度与刚度，翼型容易成型，可达到最大气动效率。对更大的5～10MW 风力机来说，由于强度与刚度要求更高、自重更大，叶片设计适宜采用价格昂贵的碳纤维材料。上述材料均为热固性树脂，目前推出的热塑性树脂即所谓“绿色叶片”，具有可回收利用等一系列优点，解决了环保问题，符合现代工业绿色设计要求。据报道，美国研发一种新型风力涡轮机，利用一个遮蔽物包围其风力机叶片，引导空气通过叶片并给空气加速，产生的能量与2 倍直径的传统风力机能量相当，可将风能变成电能的成本节省一半。风轮叶片翼型性能影响着风力机风能转换的效率，传统的低速风轮叶片采用薄而略凹的翼型，现代高速风轮都采用流线型叶片。国际上还推出“未来叶片的概念”，要求更可靠、更耐久地捕获更多的风能，采用了智能材料和结构实现叶片智能化。比如在叶片上埋入光导纤维系统，采用结构健康监控技术诊断结构完整性和雷击情况等，以此提高可靠性并降低风电成本。再比如将复合材料气动弹性剪裁技术应用于叶片设计上，利用复合材料的非对称、非均衡铺层产生的偶合效应，实现对叶片有利的变形，增加气动效率。

2、传动机构设计与制造技术。风力机传动机构包括齿轮机构、轴承、润滑系统、状态监测系统等。统计数据表明，风电机组齿轮箱故障约50%与轴承选型、制造、润滑和工作状态有关。目前，国内兆瓦级以上机组的核心部件如电机、齿轮箱、叶片、电控设备和偏航系统等仍然依靠进口，对基础配件齿轮箱轴承、偏航轴承、变桨轴承及主轴轴承等研究不够。齿轮箱作为风电机组的重要组成部分，其振动形态直接影响风力机的运行性能，状态检测极为重要，目前国内还处于探索阶段。

3、磁悬浮技术。目前，国内外有多个关于磁悬浮技术应用于风力机的专利技术报道，特点是降低轴承摩擦阻力，提高了风电效率与使用寿命。磁悬浮风电机组可在微风下运行，工作风速为1.5～36.9m/s，即 1～12 级风，风轮转动抗湍流能力强。总之，对于风力发电，磁悬浮技术展示了一个全新的发展方向。

4、海上风电场技术。由于海上风电场技术逐渐成熟，全球海上风电装机容量已经超过1GM，促进了单机容量的特大型兆瓦级风力机的研发。而且海上风速大且稳定，年平均利用小时可达3000h 以上，年发电量可比陆上高出50%。21 世纪是世界风电产业由陆地转向海洋的世纪。中国东部沿海水深 2～15m 的海域面积辽阔，可利用的风能资源约是陆上的3 倍，而且距离电力负荷中心也很近。可见，随着海上风电场技术的发展成熟，必然成为未来的可持续能源。

三、结语

随着科技的进步，人类对风能的认识不断深化，风力发电具有极大的潜力，可部分满足剧增的全球能源需求。并且风电是目前成本最接近常规电力、发展前景最大的可再生能源发电品种，正逐渐受到世界各国的重视。总而言之，风力发电在我国有着广阔的发展前景，风能的利用必将为我国的环保事业、能源结构的调整及对减少进口能源的依赖等方面做出巨大贡献。

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