浅谈风力发电技术的过去现在与未来.docx

浅谈风力发电技术的过去现在与未来学院：电气与信息工程学院 专业：电气工程 姓名：彭昱 学号：B1509Z0189摘要风电是风能利用的主流形式，在全球性能源危机的今天，风电正以可再生能源中最成熟、成本降低最快的发电方式之一而走入全世界各国。本文对风力发电技术的背景，以及现在主流的风力发电机型做出了简要介绍，并对未来世界的风力发电的发展趋势做出了展望。二、风力发电技术发展的背景风是地球上由太阳辐射热引起的一种自然现象。据估计到达地球的太阳能中虽然 只有大约 2％转化为风能，但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为 2.74×106GW，其中可利用的风能为 2×104GW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风能的利用主要以作为动力和风力发电两种形式，其中又以风力发电占主导地位[1]。 风力发电以其清洁、无污染、建设周期短、运营成本低等优点，现已成为发展新 能源和可再生能源的重点领域。近年来世界风力发电发展十分迅速，全球风能理事会(GWEC) 统计了2013 年全球新增装机容量及累计装机容量前 10位的国家。数据表明，截至 2013 年底欧洲地区风电装机总量达到 121.474GW，占全球 风电装机总量的 38.2%；亚洲地区风电装机总量达到 115.939GW，占全球风电装机量 的 36.4%；北美地区风电装机总量达到 70.885GW，占全球风电装机总量的 22.3%；北 美地区风电装机总量达到 70.885GW，占全球风电装机总量的 22.3%。截至 2013 年底 全球风电累计装机容量达到 318137MW，同比增长 12.4%在经济不景气的大背景下，这样的增长率对任何一个行业来讲都是相当不错的，尽管它低于过去十年约 28% 的年 平均增长率。全球风电市场的主要增长动力源自亚州。 2013 年亚洲地区风电新增装机容量为 18,228MW，占全球年度新增装机总量的 51.4%。欧洲虽然市场发展平缓，但依然在以满足到 2020 年可再生能源使用达到能源总消费 20% 为目标的道路上稳步前进。欧洲海上风电装机近几年发展强劲，德国、西班牙等国的风电增长很突出，这反 映出其对可再生能源强烈的发展信心。正如在过去几年表现出来的一样，当中国风电 市场上两位数和三位数增长的时代行将结束时，2013 年 中 国 风 电 新 增 装 机 容 量 为 16.1G W, 占 全 球 新 增 装 机 总 量 的 45.4 % ，世界风能协会预测，中国仍将保持 世界最大风电市场的地位[2]。我国作为能源消耗的大国，当前能源和环境问题日益制约着经济的快速发展，大 力发展、利用可再生能源已成为我国各级政府的共识。《国家中长期科学和技术发展 规划纲要（2006－2020年）》中明确提出要大力开展“可再生能源低成本规模化开发 利用”和“发展海上风力发电”[3]，国家发改委在 2009 年 3月公布的“关于组织实施 可再生能源和新能源高技术产业化专项的公告”中明确指出风力发电是“可再生能源 和新能源高技术产业化专项重点领域”。据初步统计，2013年中国新增风电装机容量16GW，总装机容量达到 91.4GW，中国已经是世界上风电设备制造大国和风电装机容 量最多的国家，成为名副其实的风电大国。为了推动风力发电的发展，中国国家能源 局在风力资源丰富的主要 7 个风电基地设置了其未来 10 年的发展目标。根据规划到2020 年主要风电基地装机容量将增加到 138GW。三、风力发电系统的分类风力发电系统种类很多，每种结构都不尽相同。根据风力发电机组转速是否恒 定，风力发电系统主要分为定速风力发电系统和变速风力发电系统两大类。1.定速风力发电系统定速风力发电系统由风力机、多级齿轮变速箱、鼠笼形感应发电机和并网变压器 构成，其结构图如图 1.1 所示，这种典型结构的风力发电系统由丹麦风力机制造商在上 世纪 80-90 年代研制，并由于结构简单在当时应用得相当成功，因此也称为“丹麦型” 风力发电机组[4]。由于使用的是鼠笼形感应异步发电机，需要在定子绕组出线端接入电 容以提供无功励磁电流，因此该系统功率因数较低。又由于是定速运行，捕获风能的 能力较差，机组容量很难扩大，单机容量维持在 1MW 左右，使用的异步发电机主要有4/6 极、600kW 和 125kW 双速异步发电机和 4 极 750kW、800 kW、850 kW、1300kW 单速异步发电机。2.变速风力发电系统目前 MW 级并网型风力发电系统都采用变速机型，这样可以实现变速恒频发电和 最大风能的跟踪。变速型风力发电系统可以按照两个标准进一步分类：按照有无齿轮 箱增速：可分为直驱、半直驱和多级增速型；按照所用功率变换器