風(fēng)力發(fā)電技術(shù)綜述-畢業(yè)論(編輯修改稿)
2025-07-13 12:27 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 起源于 20 世紀(jì) 70 年代初。 經(jīng)過(guò)初期發(fā)展、單機(jī)分散研制、示 應(yīng)用、重點(diǎn)攻關(guān)、實(shí)用推廣、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化幾個(gè)階段的發(fā)展， 無(wú)論在科學(xué)研究、設(shè)計(jì)制造，還是試驗(yàn)、示范、應(yīng)用推廣等方面均有了長(zhǎng)足的進(jìn)步和很大的提高，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，特別是在解決常規(guī)電網(wǎng)外無(wú)電地區(qū)農(nóng)、牧、漁民用電方面走在世界的前列，生產(chǎn)能力、保有量和年產(chǎn)量都居世界第一。 雖然說(shuō) 中國(guó)并網(wǎng)大型風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)雖然起步較晚 , 但也發(fā)展很快 , 已經(jīng)具備制造單機(jī)容量 600kW 的大型商業(yè)化風(fēng)電機(jī)組的能力 , 目前正在組織兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組的攻關(guān)。我國(guó)風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量 2021 年底已達(dá) 56. 7 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)綜述 6 萬(wàn) kW, 居世界上第十位。特別是 1996 至 1998 年我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè) 發(fā)展得很快 , 這主要得益于政府的重視和相關(guān)政策的支持。我國(guó)風(fēng)機(jī)國(guó)產(chǎn)化的水平正在不斷提高 , 機(jī)組的國(guó)產(chǎn)化率超過(guò) 90%, 今年并網(wǎng)國(guó)產(chǎn)機(jī)組的訂單已越 200 臺(tái)。截止 2021 年 , 我國(guó)累計(jì)安裝風(fēng)電機(jī)組 1042 臺(tái) , 總裝機(jī)容量 56. 7 萬(wàn) kW。共有 40 個(gè)風(fēng)電場(chǎng) , 分布在 14 個(gè)省 ( 市、區(qū) ) 。但是 , 我國(guó)的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)在世界上還相對(duì)落后 , 比如 , 我國(guó)可利用的風(fēng)能資源為德國(guó)的 11. 3 倍 , 風(fēng)電總裝機(jī)只為德國(guó)的 3. 88% 。 即使同印度相比 , 我國(guó)的總裝機(jī)容量尚不及它的三分之一。因此 , 研究我國(guó)風(fēng)電發(fā)展遲緩 的原因 , 提出相應(yīng)的激勵(lì)政策已成當(dāng)務(wù)之急。從國(guó)外經(jīng)驗(yàn)看 , 政府支持、政策激勵(lì)是發(fā)展風(fēng)電的關(guān)鍵。 在世紀(jì)開始的時(shí)候，中國(guó)還有約 2021 萬(wàn)人口沒有用上電，在常規(guī)電網(wǎng)外，推廣獨(dú)立供電的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，對(duì)解決農(nóng)、牧、漁民看電視、聽收音機(jī)、照明和用電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)做飯等生活用電問(wèn)題，對(duì)于改善和提高當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)，促進(jìn)地區(qū)社會(huì)、文化事業(yè)發(fā)展，加強(qiáng)民族團(tuán)結(jié)，鞏固國(guó)防建設(shè)有著重大的意義。 我國(guó)風(fēng)能資源豐富 ,總儲(chǔ)量約為 32 億千瓦 ,可開發(fā)的裝機(jī)容量約為 億千瓦 ,居世界首位?！笆濉逼陂g，中國(guó)的并網(wǎng)風(fēng)電得到迅速發(fā)展 。 2021 年，中國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到 260 萬(wàn)千瓦，成為繼 歐洲 、 美國(guó) 和 印度 之后發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的主要市場(chǎng)之一。 2021 年我 國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)規(guī)模延續(xù)暴發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，截至 2021 年底全國(guó)累計(jì)裝機(jī)約 600 萬(wàn)千瓦。 2021 年 8 月，中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)總量已經(jīng)達(dá)到 700 萬(wàn)千瓦，占 中國(guó)發(fā)電 總裝機(jī)容量的 1%，位居世界第五，這也意味著中國(guó)已進(jìn)入可再生能源大國(guó)行列。 2021 年以來(lái)，國(guó)內(nèi)風(fēng)電建設(shè)的熱潮達(dá)到了白熱化的程度。 2021 年，中國(guó)（不含 臺(tái)灣地區(qū) ）新增風(fēng)電機(jī)組 10129 臺(tái)，容量 ，同比增長(zhǎng) 124%；累計(jì)安裝風(fēng)電機(jī)組 21581 臺(tái)，容量 。 2021 年，臺(tái)灣地區(qū)新增風(fēng)電機(jī)組 37 臺(tái)，容量 ；累計(jì)安裝風(fēng)電機(jī)組 227 臺(tái)，容量 。 本文的主要內(nèi)容 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)綜述 7 本文介紹了風(fēng)力發(fā)電為取來(lái)發(fā)展的潛力，風(fēng)電特點(diǎn)決定其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) (1)從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看 ,風(fēng)電成本 是可以預(yù)期的 ,目前 ,我國(guó)已經(jīng)批復(fù)的風(fēng)電價(jià)格為 元 /kwh,但是隨著技術(shù)進(jìn)步和風(fēng)電產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大 ,到 2020 年之前風(fēng)電成本有望下降 20%40%,屆時(shí)風(fēng)電價(jià)格將接近 /kwh,這個(gè)價(jià)格同常規(guī)電力相比是具有可競(jìng)爭(zhēng)性的。 (2)風(fēng)電屬于資源依賴性技術(shù) ,目前我國(guó)風(fēng)能資源分布及開發(fā)潛力基本明確 ,雖然仍需要精查 ,但是從未來(lái)大規(guī)模需求來(lái)看 ,風(fēng)能資源具有保障。 (3)風(fēng)力發(fā)電對(duì)土地、水資源的要求很小 ,對(duì)環(huán)境的影響非常有限。 (4)在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)方面 ,我國(guó)學(xué)者提出了風(fēng)電低頻傳輸技術(shù)、風(fēng)電 直接傳送到電網(wǎng)中心等技術(shù) ,而且隨著我國(guó)對(duì)可再生能源關(guān)注程度的提高 ,長(zhǎng)期來(lái)看 ,風(fēng)力發(fā)電技術(shù)將會(huì)越來(lái)越成熟 ,能夠達(dá)到風(fēng)電大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)要求。 總體來(lái)看 ,風(fēng)力發(fā)電在技術(shù)、成本、市場(chǎng)上都具有明確的預(yù)期 ,也不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響 ,資源儲(chǔ)量也能保證期大規(guī)模的發(fā)展應(yīng)用 ,因而其未來(lái)必將大規(guī)模發(fā)展。 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)綜述 8 2 風(fēng)力發(fā)電機(jī) 傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī) 籠型異步發(fā)電機(jī) 籠型異步發(fā)電機(jī)是傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)廣泛采用的發(fā)電機(jī)。 與同步電機(jī)、直流電機(jī)、繞線式異步電機(jī)相比 ,籠型異步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 堅(jiān)固、價(jià)廉、維護(hù)方便和功率密度高等突出優(yōu)點(diǎn)。異步電機(jī)作為可逆電機(jī) ,能用于發(fā)電場(chǎng)合 ,并在電網(wǎng)中的異步電機(jī)從電網(wǎng)吸收感性無(wú)功來(lái)勵(lì)磁 ,超同步運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)則處于發(fā)電狀態(tài)。本文介紹的獨(dú)立供電發(fā)電運(yùn)行的籠型異步發(fā)電機(jī) 。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1所示。圖中的功率變換器是指軟并網(wǎng)用的雙向晶閘管起動(dòng)裝置，箭頭指功率 P的流動(dòng)方向。其工作原理是利用電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，在高于同步轉(zhuǎn)速附近作恒速運(yùn)行，采用定槳距失速或主動(dòng)失速槳葉，單速或雙速發(fā)電機(jī)運(yùn)行。 圖 1 籠型異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 繞線式異步發(fā)電機(jī) 繞線式異步發(fā)電機(jī)由電機(jī)轉(zhuǎn)子外 接可變電阻組成，其工作原理是通過(guò)電力電風(fēng)力發(fā)電技術(shù)綜述 9 子裝置調(diào)整轉(zhuǎn)子回路的電阻，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率可增大至 10%，能實(shí)現(xiàn)有限變速運(yùn)行，提高輸出功率，同時(shí)采用變槳距調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)子電流控制，可以提高動(dòng)態(tài)性能，維持輸出功率穩(wěn)定，減小陣風(fēng)對(duì)電網(wǎng)的擾動(dòng)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2所示。 圖 2 繞線式異步發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 有刷雙饋異步發(fā)電機(jī) 雙饋式異步發(fā)電機(jī)實(shí)際是異步感應(yīng)電機(jī)的一種變異，雙饋異步發(fā)電機(jī)通常為 4極或 6極，轉(zhuǎn)速為 1500r/min、 1000r/min，如此高的轉(zhuǎn)速是通過(guò)多級(jí)增速齒輪箱來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種 發(fā)電機(jī)始于上世紀(jì) 80年代，日本日立公司 、東芝公司和前蘇聯(lián)在這種發(fā)電機(jī)的研制和開發(fā)中都作出了顯著的貢獻(xiàn)。 為了降低異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行中功率變換器的功率，雙饋異步發(fā)電機(jī)被廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，通過(guò)控制轉(zhuǎn)差頻率可實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的雙饋調(diào)速。但是此種電機(jī)是有刷結(jié)構(gòu)，運(yùn)行可靠性差，需要經(jīng)常維護(hù)，并且此種結(jié)構(gòu)不適合于運(yùn)行在環(huán)境比較惡劣的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 3所示。 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)綜述 10 圖
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