新时期新能源风力发电技术的应用价值及发展方向

风力发电技术论文范文第三篇：新时期新能源风力发电技术的应用价值及发展方向

　　作者简介：史佳钰（1998-），女，辽宁沈阳人，大学本科，研究方向：风力发电。；

　　改革开放以来，我国经济得到了快速的发展，而随着近年来能源消耗量的不断增加以及社会各界对环保问题重视程度的提高，如何提高太阳能、风能等新型环保型能源的利用率，减少煤炭、石油等化石能源的使用，成为当前的热门话题。风能作为一种可再生清洁能源，储量巨大且在我国分布广泛，通过风力发电技术的开发与应用，能够在一定程度上缓解我国当前电力资源紧张、能源匮乏以及环境问题突出的问题。因此，加强新时期新能源风力发电技术的应用水平，具有极强的现实价值。

　　1 新时期新能源风力发电技术的应用价值

　　1.1 经济性价值明显

　　人们对风能的使用可追溯至古时候，随着近年来人们对风能重视程度的提高，风能利用技术得到了快速的发展并在发电领域得到了较好的应用。目前在我国一些风能密度较大的地区，风力发电的成本已经接近于传统火力发电的成本，因而其经济性得到了显著的提高，并且随着风力发电能力的提高，其建设与运行成本还将进一步的降低。

　　1.2 建设周期短，独立性好

　　相较于其他发电技术的应用，风力发电系统建设周期短，可在较短的时间内实现区域供电。随着风力发电技术的快速发展，风力发电系统的组建已经逐渐趋于标准化，一般风力发电站的建设可在较短时间内建设完成并投入使用。此外，在我国一些偏远山区，风力发电技术的应用可有效满足当地分散性的电力需求。

　　1.3 环保性好

　　风能是一种可再生的清洁能源，通过加大风能利用技术的研发力度来提高风能的利用率，可以减少化石能源的使用量，进而改善传统能源使用造成的环境污染问题。随着近年来国家大力推广风能利用技术的应用，并从宏观政策层面降低煤炭资源的使用量，我国环境情况得到了显著的改善。

　　2 风力发电相关技术分析

　　2.1 风功率预测技术

　　风电功率预测技术的应用是为了通过预测风力发电系统输出功率的大小，进而合理安排资源调度计划，根据预测周期与预测模型的差异，相应的预测方法也存在一定的不同，如表1所示。

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　　（1）按预测周期分类。根据预测周期的差异，风功率预测方法包括超短期预测、短期预测与中长期预测。在应用方面，超短期预测主要用于风电实时调度；短期预测一般用于机组组合与备用资源调度；中长期预测通常用于系统维护与风能资源评估。

　　（2）按预测模型分类。根据预测模型的差异，风电功率预测方法包括物理法、统计法与组合模型法。其中，物理法是通过相关设施模拟风电场附近区域天气情况，得到风电场附近的风向、风速、气压以及空气密度等参数，创建风电功率模型，进而实现风电功率的预测；统计法则是通过相关的数学函数公式，得到现有数据和预测数据之间的数学关系，通过对两者之间的相关性分析，进行结果预测，统计法在实际应用中依托的数学工具主要有时间序列算法和机械学习算法；组合模型法并不是一种专门的预测方法，它是将其他功率预测方法进行了整理与融合，从而创建出更加接近实际的预测模型，结合各种预测方法的优点，得到更加准确的结果。

　　2.2 风电机组功率调节技术

　　在某种程度上，当风能密度足够的时候，风力发电机的功率大小直接影响到风力发电系统的供电能力。因此，功率调节技术在风力发电系统中的应用尤为重要。风力发电机组的作用是将风能转化成机械能，然后将机械能转化为电能。当发电机组所处的环境内风力大小较小时，需要尽量提高风力发电机组捕获风的能力，进而提高风电机组的发电功率；当风电机组附近风力过大时，需要考虑风电机组整体结构强度与发电容量的限制，避免出现机组过载的问题，通过降低机组捕获风能的能力来保证机组的安全和发电功率的稳定。风电机组的功率调节技术主要包括以下两种。

　　（1）定桨距失速控制技术。该技术的应用是把螺距风机叶片和轮毂固定在具有足够刚度的基础上，然后通过焊接的方式连接在一起。应用定桨距失速控制技术能够简化系统结构，保持风电机组的运行的稳定，该技术的应用优势在于，涡轮机的输出功率可以随着环境中风速变化的情况相应的发生变化。但是，由于风机叶片被焊死因而不能根据实际中风速的变化进行动态的调整，且应用该技术很难实现较高的风能利用率。

　　（2）变桨距控制技术。变桨距控制技术指的是通过调节桨距角度，实现风电机组输出功率的调节。在实际应用中，当风力发电系统的输出功率低于额定功率时，桨距角始终维持在零度位置，输出功率主要由外界环境风力大小决定；当风电机组所处的环境风力较大风电机组输出功率超过机组额定功率时，系统会根据实际输出功率的大小自动调节桨距角，从而控制机组输出功率不会超过额定功率，以此来防止系统过载而损坏。变桨距控制技术是一种主动型控制技术，它能够实现系统的闭环控制，在防止桨距失速方面具有重要的作用。此外，变桨距控制技术还能够保证风轮旋转后在较大正桨距角的情况下产生足够的启动力矩，并且在停机时保证桨距角处于90°位置，从而可以尽可能的降低风轮空转速度。

　　2.3 无功电压自动控制技术

　　无功电压自动控制技术的应用主要包括无功电压自动控制子系统与附属监控系统。自动控制子系统可以作为一个单独的功能单元独立运行，也可以集成在监控系统中，它的主要作用是监测风电场内的无功电压情况，并通过通信系统传递相关无功电压的调节指令。子系统的运行与状态控制可通过人工设置来完成，风电场内的相关控制设备也可以实现人工的解锁与闭锁，系统通过自动控制完成设备投退。当风力发电系统处于稳定运行状态时，子系统能够体现出较好的无功调节能力，达到维持电压稳定的效果；如果机组无法有效完成无功功率的调节，可由动态无功补偿设备进行无功补偿。此外，子站还能完成风电机组以及无功补偿状态的自动调节，进而保证无功功率得到充分的补偿。

　　3 未来风力发电技术的发展方向

　　3.1 大容量风电系统

　　随着社会对风力发电技术关注度的提高，近年来投入使用的风力发电系统规模越来越大，结构也越来越复杂。但是，现阶段我国在大容量风力发电系统的开发和应用方面还存在较多的不足，目前仍有许多技术难题未能有效攻克。同时，现代风力发电机组单机装机容量的不断加大，也导致风力发电系统结构设计以及控制系统的设计变得更加困难。未来，随着各种新材料的出现以及加工工艺的创新，大容量、高可靠性和高性能等要求都可以在风力发电系统中实现。此外，大容量的直驱式永磁同步发电机也将是未来风力发电技术的发展方向之一。

　　3.2 并网技术与最大风能捕获技术

　　并网型风力发电系统主要包括风力发电并网技术与发电机转速控制技术两个层次的内容。通过全功率电力变换器进行系统控制，能够有效的保证风力发电系统的可靠性要求，并网开关可实现并网控制功能。在实际应用中，通常采用调节变桨距和发电机组功率转速的方式来尽可能的捕获风能，风力发电机组输出功率的调节需要综合考虑风力发电系统的经济性与可靠性，因此未来风力发电系统并网技术与风能捕获技术的创新优化也是未来风力发电技术的重要发展方向。

　　3.3 变桨距调节技术和变速运行技术的优化

　　通过变桨距调节能够保证系统始终保持在最优设置下运行，因而可以实现较高的可靠性。当实际风速低于额定风速时，能够有效提高风能的利用率；当实际风速大于额定风速时，通过系统调节，保证输出功率的恒定。同时，变速运行能够在保证最大风能捕捉量的前提下显著提高系统运行的稳定性。因此，变桨距调节技术与变速运行技术未来还需要进一步的优化，以实现更好的效果。

　　3.4 海上风电场技术

　　相较于陆地，海上风能更加丰富且风向较为稳定，因此可以在海上建设单机容量更大的风力发电站。但是，目前海上风电场电力输送困难、海上风电场前期建设复杂、资金投入高、海上风电技术起步较晚以及海上风电场协调性控制等相关问题还没有得到很好的解决。未来，在科技不断发展的背景下，彻底解决这些瓶颈问题后海上风电场技术将得到快速的发展。

　　结语：综上所述，作为新时期新能源的典型代表之一，风能的利用成为当前的热门课题。近几年风电技术得到了较快的发展并取得了一定的成果，尤其是在偏远山区实现了较好的社会效益。未来，还需要进一步加大相关风电技术的研究投入，克服限制风电技术发展和应用的因素，推动我国风电事业的健康发展。