新能源发电风力发电技术研究

新能源发电风力发电技术研究

姚敏学

中能建西北城市建设有限公司 陕西西安 710075

摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，风力发电技术越来越先进。风力发电是可再生能源中技术最成熟、最具开发规模的发电技术之一。风力发电与火力发电、水力发电相比，此种发电方式更为节能环保，所以风力发电技术成为了新能源发电研究的重要课题。基于此，本文首先分析高空风力发电技术前景，其次探讨新能源发电的关键技术，最后就新能源发电的实践及展望进行研究，希望通过风力发电技术的研究，缓解能源需求与能源供给之间的矛盾，推进社会的可持续发展。

关键词：新能源；电力能源；风力发电技术

引言

随着经济水平的不断提升，社会整体能源消耗量也在持续攀升。如何缓解能源不足、提升新能源利用率、降低自然资源消耗量，成为新时期背景下社会发展面临的主要问题。

1高空风力发电技术前景分析

中国高空风能资源储量是世界最丰富的国家之一。据了解，当国内风能资源的使用达到60%时，它产生的电能满足当前全国用户用电需求。高空风相比地面风，不仅风速大而且密度一般是地面风能密度的几十到几百倍。标准空气密度为1.225kg/m2，海拔高度每升高1000m，空气密度约降低10%。在高度1000m以上，特别是在6000～12000m的高空，风功率密度可高10kW/m2以上。美国国家环境预报中心（NCEP）的数据资料表明：在6000m高空中，我国大部分地区的风能密度均值超过5kW/m2，是目前低空风力资源的平均风能密度的20倍以上。高空风力发电主要具有以下几个方面的优点。发电输出稳定、功率大且可调节（机组单台功率达50MW，集中发电方式功率更大）。常规风电年利用小时数只有约3000h，而高空风力发电利用小时达到6000h，发电时间更长、单位功率造价成本更低。高空风力发电对环境生态和人们生活几乎无影响，所以风力发电站选址受限少。因此它是新能源发电的重要发展方向，不仅可以改变现状的能源供应结构，还可以解决能源短缺及空气污染的问题，由此可见发展高空风力发电前景广阔。

2新能源发电的关键技术

2.1新能源技术的基本模式

新能源开采技术的基础是分布式，其主要特点是新能源的分配和使用。首先，发电量很小。其次，它远离用户。第三，除传统能源外，新能源是环境友好的可再生能源。

2.2无功电压自动控制技术

在实际应用过程中，无功电压自动控制技术包含两个重要组成系统。一是无功电压自动控制子系统，此系统能够作为一个独立的功能单元进行工作，也能够归集在监控系统中，其主要作用是对风电场内产生的无功电压进行详细监测，并借助通信系统将无功电压调节指令进行有效传递。二是附属监控系统，此系统可以借助人工操作对子系统的实际运行与控制状态进行相应设置，而风电场内的其他相关控制设备同样也能够利用人工设置的模式来完成，并实现相应的解锁与闭锁工作。系统在依托自动控制技术的前提下能够实现设备投退工作。当风力发电系统运行状态平稳时，子系统可以充分发挥优良的无功调节作用，实现有效维持电压稳定的状态；当机组难以完成合理调节无功功率的工作时，子系统就能够由动态无功补偿设备进行对应的无功补偿。除此之外，子系统还可以实现自动调节无功补偿以及风电机组的工作，确保无功功率能够获得有效补偿。

2.3发电机置于地面的技术路线（非伞梯型）

目前国际主流的高空风能发电技术，多采用发电机置于地面的系留风筝型技术路线，从而克服发电机置于空中，功率等级较低的局限性。同时，非伞梯型结构升空高度仍然受限，其空中系统运行轨迹的稳定性难题和空中系统控制技术瓶颈仍面临挑战。当前，此技术路线的发电设备功率等级仍停留在百千瓦级。

2.4电子变化器控制技术

从风力发电技术的研究来看，该种技术的应用，最为重要的一个构成部分就是电力电子变换器的控制器。因为在风力发电技术应用的时候，控制器对于技术的应用效果有着重要的影响，且风力发电技术有着应用范围广的优势，需要合理的运用电子变换器控制技术，才能够实现对风能的高效转化，在风能转化成电能之后，也能够以高效传输的方式实现对电能的传输。在实际运用的过程中，通过合理的运用电子变化器控制技术，则可以实现无功功率运行，可以说此种技术的应用使得风力发电更具备可靠性。另外，科学合理的运用PWM（脉冲宽度调制，一种模拟控制方式）整流器，可以实现对电力系统的最大功率进行科学且有效的控制。所以，对于整流器选择的时候，必须严格按照矢量控制的方式来进行，这样既可以使得整流器具备解决有功功率和无功功率存在的障碍，还能够使得无功功率的运行符合实际运行的需求。同时，对于PWM整流器的应用上，可以实现有功功率传输量的最大化处理，特别是对直流环节的优化设置，则可以实现对风电系统的无功功率与有功功率的有效调整，在此基础上，可以达到提升风电系统运行整体效率的水平。

2.5发电机悬置于空中的技术路线

把发电机置于高空的技术路线优点是不必把笨重的电力转换设备置于空中，只是将较为简单的风力驱动设备在高空就将发出来的电通过传输电缆就可以输送到地面得设备，通过电力的转换后，就能实现发电，这样的系统易于控制在空中停留的时间。在高空风能发电的发电机涡轮机型，由于受到发电设备在重量重和体积大的影响，要做到大规模发电难以实现。同时庞大的空中平台上升到高空也难以承担克服发电系统巨大的自重，安全性能和收集的风能也不是很理想，控制系统相较也复杂。同时此类发电方式也须要解决如何把发电机产生的电能从空中传输到地面的应用场景问题。这一类发电技术很难建造 MW 级发电系统，当前往往用于小型化场景应用。

3新能源发电的实践及展望

中国的电力总量居世界第一，但由于中国人口众多，人均用电量几乎没有达到足够的水平。另一方面，中国的人均用电量仍有很大的增长空间，因为居民对能源生产和消费的电力需求不能仅仅弥补能源的不足，环境保护目前是一个全球性问题，能源是一个全球性问题。风能是一种不污染环境的可再生清洁能源，风能得到各国的认可和赞赏。在许多可再生能源中，风能是一种低成本类别，可以并网或独立运行，其他技术可以补充和构建混合动力系统。近年来，风能技术不断进步，新能源发电风力发电技术的发展势在必行。而对于此种技术的研究与应用，当前则需要从风力发电技术发展的宏观层面进行考量，注重搭建以企业为主体、以市场为导向的综合性创新体系，关注风力发电技术的创新，引进正确的处理技术，并协调技术应用与创新的关系，在整体上提升风力发电技术的竞争优势。同时，对于新能源发电的研究上，还需要强化风能创新能力建设，搭建风电公共技术服务平台，使得风力发电技术更好的为电力事业的发展服务，在今后获得良好的发展。

结语

综上所述，在新时期背景下，风能作为新能源的重要代表，在合理利用的问题上受到了社会各界的广泛关注。伴随科学技术研发与应用的不断更新，风电技术获得了快速发展，并得到了有效应用，特别是在部分偏远区域取得了良好的社会效益。未来，随着社会与时代的发展，相关技术人员仍需克服诸多制约因素，不断加强风电技术的深入性研究，从而助力我国新能源事业的可持续发展。

参考文献

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