风力发电技术发展现状以及行业发展分析

徐冬青

【摘 要】社会经济发展伴随着巨大的能源消耗，传统能源产业面临资源供给不足、环境污染严重等问题。风能作为可再生新能源，可以有效缓解传统能源的危机。风力发电是利用风能的有效手段之一，正在世界范围内迅速发展，拥有广阔的发展前景。论文首先阐述了风力发电的原理与特点、系统组成和技术要点，在分析国内外发展现状和面临的挑战的基础上，展望了风力发电行业的发展。

【Abstract】Social and economic development is accompanied by tremendous energy consumption， the traditional energy industry is facing problems such as insufficient resource supply and serious environmental pollution. As renewable energy， wind energy can effectively relieve the traditional energy crisis. Wind power is one of the effective means of using wind energy， and it is developing rapidly in the world and has a broad development prospect. At first， this paper expounds the principle and characteristics of wind power， system composition and main technical points， based on the analysis of development at home and abroad on the basis of current situation and challenges， prospects the development of wind power industry.

【关键词】风力发电；发展现状；行业发展分析

【Keywords】 wind power generation； development status； industry development analysis

【中图分类号】TM614 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）12-0044-02

1 引言

能源产业支撑着社会经济不断向前发展，随着能源消耗的日益增长、社会环境意识的不断提升，可再生新能源的开发和利用受到了世界各国的普遍重视。风能具有清洁、安全、可再生的特点，是重要的可再生新能源之一。风力发电作为能源利用的重要手段，是对传统能源发电的重要补充，可以有效缓解电力行业对煤炭、石油等传统能源的依赖，实现电力行业的能源结构多样化。再者，风力发电也有利于环境和生态的保护，不同的发电形式都会对环境造成不同程度的影响，风力发电相对于传统能源发电，空气污染近乎零，气候改变也非常低，水质污染以及野生动物等方面影响也近乎零[1]。本文首先介绍了风力发电的原理和特点、风力发电系统和发电机类型、风力发电的技术要点；然后分析了风力发电的国内外发展现状和面临的挑战；最后展望了风力发电行业的发展前景。

2 风力发电

2.1 风电发电的原理和特点

风力发电的过程就是把风能经由机械能转换为电能的过程，风能转化为机械能的过程由风轮实现，机械能转化为电能的过程由风力发电机及其控制系统实现。风力进入发电系统后便作为发电系统的输入信号，通过风力控制器输出桨距角信号，调整机械转矩和输出功率。该机械功率接着被传输到发电机中，转化为电能后最终传输到电网中，完成了从风能到电能转化的全过程[2]。风力发电的主要特点有：可再生清洁能源、建设周期短、装机规模灵活、可靠性高、造价低、运行维护简单、实际占地面积小、发电发电方式多样化、单机容量小。

2.2 风力发电系统和发电机类型

2.2.1 风力发电系统

风力发电系统主要由风力发电机组构成，它通常包括风轮机、传动结构、发电机、自动控制装置以及支撑铁塔等。常见的风力发电系统有：①恒速及感应发电系统，目前使用最为广泛。该风力发电系统优点包括结构简单、造价低、便于控制和后期维护，缺点是它不能有效控制无功补偿、供电效率低；②变速恒频双馈式发电系统，在电力生产中应用广泛。该风力发电系统优势在于稳定性好、易于控制、不需要无功补偿、风力利用效率高和生产安全成本低，劣势是发电系统本身成本高、后期维护较为复杂；③变速同步发电系統。该风力发电系统稳定性好、无需无功补偿并且适应性好，然而它还处于应用摸索阶段，系统中部分设备造价偏高，因此目前的应用不是很广泛。

2.2.2 风力发电机的类型

风力发电机种类繁多，有不同的分类方法。常见的分类有，按发电容量划分[3]，一般划分为：小型机（0.1～1000 W）、中型机（1～1000 kW）、大型机（1～10 MW）和巨型机（>10 MW）；按叶片数量分，可以分为单叶片、双叶片、三叶片、四叶片和多叶片；按风轮轴的安装方式划分，一般划分为水平轴和垂直轴；按桨叶工作原理分，可以分为升力型和阻力型。

2.3 风力发电技术

基于电网运行的现状和大规模开发风电的长远利益考虑，风电场输出功率可控性的提高，是目前风力发电技术的重要发展方向。另外，风力发电技术发展的主要问题包括风电质量、机械结构和机组控制。针对风电质量问题，可以使用超导储能技术稳定风电发电机组的输出电压和频率；在机械结构方面，一是可以改善机械结构的动力学设计，另外也可以使用先驱系统；在控制技术上，目前常采用系统模型控制，但也有一定的局限性。为了更好地解决这些问题，在未来我们需要加强风电技术的研究，根据可再生能源发展政策，促进风电技术在商业化发展中得到更好的应用[。endprint

3 国内外发展现状和面临的挑战

3.1 国内外发展现状

目前，风力发电已经在全球掀起了一股发展热潮。德国、美国、丹麦和荷兰是世界上风能利用最好、发展最好、技术也比较先进的四个国家。从全球风电装机容量来看，近年来全球新增装机容量有所增加，2012-2016年的年平均复合增长率为5%。2016-2017年，风电产业增长依然强劲，中国等亚洲国家对于风电产业的政策扶持会进一步热化风电产业，预计2017年全球风电新增容量将近6万MW。根据新能源振兴规划，预计到2020年我国风机装机总量将达到1.5亿kW，将超过电力总装机总量的10%。

3.2 我国风力发电面临的机遇和挑战

我国是风力资源丰富的国家之一，我国的风力资源主要分布在“三北”地区（东北三省、内蒙古、甘肃、青海和新疆等）、东南海沿海地区和内陆局部地区，这些地区可开发利用的风能储量约2亿kW，占全国可利用储量的80%。现阶段，我国风力发电的规模还在不断增大，也就意味着风力发电在我国电力资源中的比例在不断增加。在国家政策鼓励支持下，我国的风电技术取得了一定的成果，但是和国际先进水平相比较，还存在一定的差距。其中风力发电应用中的很多关键技术被国外少数企业垄断，阻碍了风力发电的进一步推广应用。因此，需要对目前的风力发电技术不断完善，在技术上不断创新拥有自主知识产权。从风力发电的成效上看，我国很多建成的风电场处于闲置状态，输出电能利用率较低。造成风电“发得出、送不出”的情况的主要原因是风电入网问题。因为我国风能资源主要分布区域也是电网分布较弱的地区，因此风力发电面临着电网不堪重负的问题。这需要统筹协调电力规划，同时也需要技术突破降低入网成本。总而言之，我国目前的风力发电还有很大的发展空间，风力发电技术的研究也至关重要。

4 风力发电行业发展展望

随着煤炭、石油、天然气等不可再生资源的日益短缺以及这些传统资源在使用过程中导致的环境污染问题日趋严重，可再生新能源的开发在能源产业中显得尤为重要。风力发电是目前可再生能源开发利用的重要方式之一，风力发电技术日趋成熟，未来发展前景十分广阔。

首先，对于大型的陆上风力发电系统，未来的单机容量会不断增大，风机的高度也在不断上升，产出效率也会不断增加。

其次，未来小型的风力发电行业预计会迅速发展。中小型风电场的建设成本低，相对于常规电力优势明显。目前需要克服的主要问题是无风期间不能供电，针对这个问题，可以在发电机组配备少量蓄电池，同时风力发电组还可以和其他动力源联合使用，比较常见的联合方式有风力-柴油发电、风力-太阳能电池发电等[4]。

另外，海上风力发电市场规模极大，同时风险也极高，备受各国关注，正在掀起研究和投资热潮，预计到2020年，海上风电装机将达到3000万kW。我国海上风能资源丰富，东部沿海地区具有开发风电的非常好的条件。

【参考文献】

【1】汪旭旭，刘毅，江娜，等. 风力发电技术发展综述[J].电气开关 2013， 51（3）：16-19.

【2】兰江.风力发电技术发展及关键问题探究[J].中国高新技术企业， 2016（19）：70-72.

【3】贾宏新，张宇，王育飞，等.储能技术在风力发电系统中的应用[J]. 可再生能源，2009，27（6）：10-15.

【4】李滨波，段向阳.风力发电机原理及风力发电技术[J].湖北電力， 2007，31（6）：54-55.endprint