【正文】 、低成本將成為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。主要呈現(xiàn)為以下幾個(gè)特點(diǎn)： （ 1） 世界風(fēng)電工業(yè)高速發(fā)展 根據(jù)全球風(fēng)能委員會(huì)報(bào)告， 2021 年全世界新增風(fēng)電裝機(jī)容量 11769 兆瓦，比上年增加 3562 兆瓦，增長 43%；新增風(fēng)電總投資達(dá) 120 億歐元或 140 億美元。截至 2021 年底，世界風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘繛?59322 兆瓦，同比上 年增長 25%。目前，已有 48 個(gè)國家頒布了支持可再生能源發(fā)展的相關(guān)法律法規(guī)，政策法規(guī)對風(fēng)電發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。 2021 年，世界風(fēng)電裝機(jī)容量前 6 位的國家，依次為德國 18428 兆瓦、西班牙 10027兆瓦、美國 9149 兆瓦、印度 4430 兆瓦、丹麥 3122 兆瓦和意大利 1717 兆瓦。其他一些國家包括英國、荷蘭、中國、日本和葡萄牙等的風(fēng)電裝機(jī)容量都達(dá)到了 1000 兆瓦。 2021 年就新增裝機(jī)容量而言，世界前 6 位分別為美國 2431 兆瓦，高居首位；其次是德國 1808 兆瓦；其他依次為西班牙1744 兆瓦、印度 1430 兆瓦、葡萄牙 500 兆瓦和中國 498 兆瓦。截至 2021 年底，歐洲仍是風(fēng)力發(fā)電市場的領(lǐng)導(dǎo)者，其裝機(jī)容量為 40500 兆瓦，占全世界風(fēng)電總裝機(jī)的 69%，比上年增長 18%，約提供了歐盟近 3%的電力消費(fèi)量，提前實(shí)現(xiàn)了到 2021 年風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到 40000 兆瓦的目標(biāo)。預(yù)期到 2021 年，僅風(fēng)能即可實(shí)現(xiàn)歐盟所承擔(dān)《京都議定書》二氧化碳減排義務(wù)的三分之一。全世界風(fēng)力發(fā)電每年以 30%左右的速度增長，據(jù)預(yù)測，到 2020 年風(fēng)力發(fā)電將占世界電量的 20%。 （ 2） 風(fēng)電成本逐年降低 盡管風(fēng)電成本受很多因素 的制約，但其發(fā)展趨勢是逐漸降低的。隨著風(fēng)電技術(shù)的改進(jìn)，風(fēng)電機(jī)組越來越便宜和高效。增大風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量就減少了基礎(chǔ)設(shè)施的費(fèi)用，而且同樣的裝機(jī)容量需要更少數(shù)目的機(jī)組，這也節(jié)約了成本。隨著融資成本的降低和開發(fā)商的經(jīng)驗(yàn)豐富，項(xiàng)目開發(fā)的成本也相應(yīng)得到降低。風(fēng)電機(jī)組可靠性的改進(jìn)也減少了運(yùn)行維護(hù)的平均成本。單就過去 5 年而言，風(fēng)電的成本已經(jīng)下降了 20％。在一些平均風(fēng)速 7m/s 的地方，每 kW 裝機(jī)成本為 700 歐元時(shí)，風(fēng)電便可以與燃?xì)獍l(fā)電競爭。根據(jù)丹麥 RISφ 國家研究實(shí)驗(yàn)室 [5]對安裝在丹麥的風(fēng)電機(jī)組所進(jìn)行的評(píng)估，從 1981～ 2021 年間，風(fēng)電成本由 /kWh 下降到 歐分 /kWh，預(yù)計(jì) 2021 年度電成本下降至 3 歐分 /kWh， 2020 年降低至 歐分 /kWh。隨著技術(shù)設(shè)備的改善，成本還可以在目前的基礎(chǔ)上再減少 30%50%。 我國風(fēng)電發(fā)展概況 在中國，風(fēng)能資源豐富的地區(qū)主要集中在北部、西北和東北的草原、戈壁灘以及東部、東南部的沿海地帶和島嶼上。這些地區(qū)缺少煤炭及其他常規(guī)能源，并且冬春季節(jié)風(fēng)速高，雨水少；夏季風(fēng)速小，降雨多，風(fēng)能和水能具有非常好的季 7 節(jié)補(bǔ)償。另外在中國內(nèi)陸地區(qū) ，由于特殊的地理?xiàng)l件，有些地區(qū)具有豐富的風(fēng)能資源，適合發(fā)展風(fēng)電，比如江西省都陽湖地區(qū)以及湖北省通山地區(qū)。目前我國的風(fēng)能利用方面與國際水平還有一定差距，但是發(fā)展很快，無論在發(fā)展規(guī)模上還是發(fā)展水平上，都有很大提高。國內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組廠商憑借價(jià)格優(yōu)勢也逐漸打開了局面， 2021 年國產(chǎn)并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組占到當(dāng)年新增裝機(jī)容量的 42%，累計(jì)市場份額達(dá)到20%。 2021 年市場份額繼續(xù)提高。我國已有風(fēng)電機(jī)組整機(jī)制造商十余家，零部件制造商幾十家，其中主要零部件均已實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。國外的機(jī)組廠商出于暢占市場的考慮，在中國市場上的價(jià)格比在 日本及歐洲的銷售價(jià)低 10%～ 20%。但綜合考20%～ 25%。由于中國在制造業(yè)方面有很強(qiáng)的比較優(yōu)勢，隨著本地化生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)數(shù)量逐漸增多，成本還會(huì)逐漸下降。原啈為人詬病的國產(chǎn)機(jī)組性能差的問題，近年來也大有改觀。沿海發(fā)達(dá)地區(qū)和西北地區(qū)都是我國風(fēng)能資源分布的豐富區(qū)。如果能夠充分開發(fā)地區(qū)的風(fēng)能優(yōu)勢則風(fēng)力發(fā)電正好可以彌補(bǔ)東南沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)電力短缺的難題，在西北經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)既可以提高當(dāng)?shù)厝嗣裆?水平，有可以增加就業(yè)并向經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)賣電，提高地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度 .從測風(fēng)數(shù) 據(jù)收集、風(fēng)能資源評(píng)估到項(xiàng)目未來 20 年運(yùn)行期上網(wǎng)電量的預(yù)測，即使采用了當(dāng)前最先進(jìn)的科技，收集到完整準(zhǔn)確的測風(fēng)數(shù)據(jù)，利用最新版本的專用軟件計(jì)算，仍然存在很大的不確定性。 監(jiān)測現(xiàn)狀 8 二 風(fēng)力發(fā)電原理 及機(jī)組結(jié)構(gòu) 風(fēng)力發(fā)電原理 風(fēng)力發(fā)電的原理 ： 是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約是每秒三公尺的微風(fēng)速度（微風(fēng)的程度），便可以開始發(fā)電。小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)效率很高，但它不是只由一個(gè)發(fā)電機(jī)頭組成的，而是一個(gè)有一定科技含量的小 系統(tǒng)：風(fēng)力發(fā)電機(jī) +充電器 +數(shù)字逆變器。風(fēng)力發(fā)電機(jī)由機(jī)頭、轉(zhuǎn)體、 尾翼 、 葉片 組成。每一部分都很重要，各部分功能為：葉片用來接受風(fēng)力并通過機(jī)頭轉(zhuǎn)為電能；尾翼使葉片始終對著來風(fēng)的方向從而獲得最大的風(fēng)能；轉(zhuǎn)體能使機(jī)頭靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)尾翼調(diào)整方向的功能；機(jī)頭的轉(zhuǎn)子是 永磁體 ，定子繞組切割磁力線產(chǎn)生電能。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)因風(fēng)量不穩(wěn)定，故其輸出的是 13～ 25V變化的交流電，須經(jīng)充電器整流，再對蓄電瓶充電，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能變成化學(xué)能。然后用有保護(hù)電路的逆變電源，把電瓶里的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成交流 220V 市電，才能保證穩(wěn)定使用。 機(jī)械連接與功率傳遞水平軸風(fēng)機(jī)槳葉通過 齒輪箱 及其高速軸與萬能彈性聯(lián)軸節(jié)相連 ,將轉(zhuǎn)矩傳遞到發(fā)電 機(jī)的傳動(dòng)軸 ,此聯(lián)軸節(jié)應(yīng)按具有很好的吸收阻尼和震動(dòng)的特性，表現(xiàn)為吸收適量的徑向、軸向和一定角度的偏移，并且聯(lián)軸器可阻止機(jī)械裝置的過載。另一種為直驅(qū)型風(fēng)機(jī)槳葉不通過齒輪箱直接與電機(jī)相連風(fēng)機(jī)電 機(jī)類型 9 、 風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組 結(jié)構(gòu) 圖 21 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu) （ 1）葉片 （ 2）輪轂 （ 3）變漿系統(tǒng) （ 4）齒輪箱 （ 5）減噪裝置 （ 6）偏航系統(tǒng) （ 7）制動(dòng)聯(lián)軸裝置 （ 8）吊車 （ 9）發(fā)電機(jī) （ 10）變頻柜 （ 11）風(fēng)速儀 （ 12）塔筒 （ 13）水冷裝置 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)如圖 21所示： 機(jī)艙：機(jī)艙包容著風(fēng)力發(fā)電機(jī)的 關(guān)鍵設(shè)備 ，包括齒輪箱、發(fā)電機(jī)。維護(hù)人員可以通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔進(jìn)入機(jī)艙。機(jī)艙左端是風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，即轉(zhuǎn)子葉片及軸。 轉(zhuǎn)子葉片：捉獲風(fēng)，并將風(fēng)力傳送到轉(zhuǎn)子軸心?，F(xiàn)代 600千瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的測量長度大約為 20米，而且被設(shè)計(jì)得很象飛機(jī)的機(jī)翼。 軸心：轉(zhuǎn) 子軸心附著在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低速軸上。 低速軸：風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低速軸將轉(zhuǎn)子軸心與齒輪箱連接在一起。在現(xiàn)代 600千瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相當(dāng)慢，大約為 19 至 30轉(zhuǎn)每分鐘。軸中有用于液壓系統(tǒng)的導(dǎo)管，來激發(fā)空氣動(dòng)力閘的運(yùn)行。 齒輪箱：齒輪箱左邊是低速軸，它可以將高速軸的轉(zhuǎn)速提高至低速軸的 50倍。 高速軸及其機(jī)械閘：高速軸以 1500 轉(zhuǎn)每分鐘運(yùn)轉(zhuǎn)，并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。它裝備有緊急機(jī)械閘，用于空氣動(dòng)力閘失效時(shí)，或風(fēng)力發(fā)電機(jī)被維修時(shí)。 10 發(fā)電機(jī)：通常被稱為感應(yīng)電機(jī)或異步發(fā)電機(jī)。在現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，最大電力輸出通常為 500 至 1500 千瓦。 偏航裝置：借助電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)艙，以使轉(zhuǎn)子正對著風(fēng)。偏航裝置由電子控制器操作，電子控制器可以通過風(fēng)向標(biāo)來感覺風(fēng)向。圖中顯示了風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航。通常，在風(fēng)改變其方向時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)一次只會(huì)偏轉(zhuǎn)幾度。 電子控制器：包含一臺(tái)不斷監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)的計(jì)算機(jī)，并控制偏航裝置。為防止任何故障（即齒輪箱或發(fā)電機(jī)的過熱），該控制器可以自動(dòng)停止風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過電話調(diào)制解調(diào)器來呼叫風(fēng)力發(fā)電機(jī)操作員。 液壓系統(tǒng)：用于重置風(fēng)力發(fā)電機(jī)的空氣動(dòng)力閘。 冷卻元件：包含一個(gè)風(fēng)扇，用于冷卻發(fā)電機(jī)。此 外，它包含一個(gè)油冷卻元件，用于冷卻齒輪箱內(nèi)的油。一些風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有水冷發(fā)電機(jī)。 塔：風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔載有機(jī)艙及轉(zhuǎn)子。通常高的塔具有優(yōu)勢，因?yàn)殡x地面越高，風(fēng)速越大?，F(xiàn)代 600 千瓦風(fēng)汽輪機(jī)的塔高為 40 至 60 米。它可以為管狀的塔，也可以是格子狀的塔。管狀的塔對于維修人員更為安全，因?yàn)樗麄兛梢酝ㄟ^內(nèi)部的梯子到達(dá)塔頂。格狀的塔的優(yōu)點(diǎn)在于它比較便宜。 風(fēng)速計(jì)及風(fēng)向標(biāo)：用于測量風(fēng)速及風(fēng)向 11 三 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 plc 系統(tǒng) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 plc 系統(tǒng)介紹 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組配備 的電控系統(tǒng)以可編程控制器為核心，控制電路是由 PLC中央控制器及其功能擴(kuò)展模塊組成。主要實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行控制、機(jī)組的安全保護(hù)、故障 監(jiān) 測及處理、運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定、數(shù)據(jù)記錄顯示以及人工操作，配備有多種通訊接口，能夠?qū)崿F(xiàn)就地通訊和遠(yuǎn)程通訊。 控制器的配置 控制系統(tǒng)硬件分別安裝在三個(gè)不同部分： 機(jī)艙控制，安裝在機(jī)艙內(nèi) 地面控制，安裝在塔架底部 輪轂控制，安裝在輪轂內(nèi)部 圖 31 風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)圖 12 控制柜主要包括可編程控制器（ PLC）及其擴(kuò)展模塊、控制接觸器、 中間繼電器、電源保護(hù)等部分，整體采用功能模塊結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，主要 完 成數(shù)據(jù)采集及輸入、輸出信號(hào)處理，邏輯功能判定；向配電柜控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制指令；與機(jī)艙內(nèi)的機(jī)艙控制柜、中央監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳遞信息；根據(jù)信號(hào)的采集、處理和邏輯判斷保障整套機(jī)組的可靠運(yùn)行?？刂乒衲軌?