摘要：我国风能储备丰富，充裕的风力资源让风力发电发展极具前景。本文针对国内风力发电发展现状及当下面临的问题进行介绍浅析，并借此对我国风力发电未来前景可能的发展情况进行了探讨。
关键词：风力发电技术；国内现状；未来前景
正文
十九大报告要求各类生产应以减少大气污染为要求、清洁高效生产。从电力行业角度出发，适当减少煤炭等化石燃料的燃烧，大力发展新能源，可以大大缓解当今大气的污染状况。风能作为一类重要的新能源，利用风能进行发电这一技术在国内外得到迅速发展。国家能源局记录的统计数据得出，2018年我国总风电量为2676亿千瓦时，相比去年的总风电量上升了26%；全国弃风电量222亿千瓦时，相比全年减少了25%。
1.风力发电系统基本构造及原理（以并网型风力发电系统为例）
图1所示为并网型风力发电系统。该系统的主要组成部分为风力机、齿轮增速箱、发电机、电力电子接口和变压器。风力机环节实现了风能到机械能的转换并获得了一定转速，经增速齿轮箱增速后发电机获得较高的转速，并将机械能转换为电能。电力电子接口通过发电机输出电能的频率、波形和幅值进行合理控制，以保证电能质量。最终，发电机经变压器升压后实现并网。目前，大多数并网型的风力发电系统主流发电机为双馈异步发电机和低速直驱同步发电机。
1）双馈异步风力发电系统
如图2，系统正常工作时，三相定子绕组与电网直接相连，转子与外电路相连则通过集电环与电刷实现。对双馈式异步发电机转子绕组输入具有相应转差频率的电流，从而实现发电机的变速恒频运行。双馈异步发电机在较宽的风速范围内可以跟踪最大风能，得到风能利用率，且输出功率平滑，电能质量良好且并网时简单，无冲击电流。但双馈异步发电机系统的机械齿轮增速箱噪声大、需要经常维护。双馈异步发电机内部有电刷和集电环，存在机械磨损、可靠性不高等不足。
（2）低速直驱风力发电系统
如图3，系统在正常工作时，风力机与发电机的转子侧相连，发电机转速等于风力机转速。发电机和电网之间通过功率变换器相连，先对发电机发出的电能经机侧功率变换器整流，然后再由网侧的功率变换器逆变为50Hz工频电能输入电网。两功率变换器间的直流环节使得发电机和电网完全解耦，及发电机的端口电压和频率随风速变化，但电网电压与频率保持恒定。这一方法减去了机械增速齿轮箱环节，简化了系统结构，提高了可靠性。但由电机原理得出，发电机的体积与转速为反比关系。低速直驱风力发电系统发电机的制造、运输和维护成了新的问题。
以上两种发电系统代表了目前风力发电技术就发电机方面的主流，双馈异步发电机输出功率平滑，功率因数较高，并网简单。利用新技术有望减小电刷、集电环及齿轮增速箱的损耗问题；低速直驱同步发电机简化了系统结构，有望通过新技术使发电机制造问题得以解决。
2.国内风电发展技术问题
（1）风力发电缺乏经济性。
风能发电作为新能源发电技术，目的是使电力生产节能、清洁、经济进行。目前我国风电产业的发展严重依托于国家政策性电价补贴，风力发电技术自主创新能力不足，风电产业总体生产成本偏高，风能发电经济性问题亟待解决。
（2）风力发电存在随机性和不稳定性
由于风能的产生及持续时长具有随机性和不可控性，风力发电机对电网输出的电能并不具备稳定性和持续性。如今风力发电装机容量占系统总装机总容量的比重变大，电力系统电能质量受风电场的影响也越来越大。
（3）风力发电规划依据资料不充足
我国气象监测预测手段的发展目前并跟不上风电设备的发展进度，不能风电场的建设规划完全提供需求。而风能资源评价是风电场选址、发电量估算和经济概算的基础，目前通过数据推算和模型模拟方法获得的计算结果存在不确定性，低可靠性。从而不能合理的规划风电系统及建设及风机出力，对于风能的利用不够合理。
（4）风力发电场气候环境对安全生产的影响
风电场大多建设在风力资源丰富的地区，此类区域往往会伴随着频繁的风沙天气和恶劣的环境状况。大风、雷雨等极端天气，会加剧电力设备的表面的腐蚀、缩短电力设备寿命、造成不可修复的破坏。这些因素给电能安全生产带来了很大的隐患。恶劣的环境给风力发电系统的正常工作及电力设备的安全运行带来重大的挑战。
3.风力发电技术前景
（1）风力预测、风力发电规划完善
通过成熟的气象监测预测技术，进行风力发电输出功率预测和用电负荷预测，规划各机组发电量做到合理运用风能，同时也能减轻风能不确定性对电网造成的影响，是电力系统运行的安全性得以提高。
（2）风电场逐渐从陆地转向近海
陆地上的风机受尾流效应作用和地表粗糙程度不同的影响，会使靠后的风电机组的功率输出受到影响。但海平面地形地貌对风电机组出力的影响会大大降低。据中国风能协会以及世界自然基金会的测算结果，离海岸线十万米、中心高度百米的范围内，可用于发电的风力持续时间大约是陆地的数倍。同时，海上风电场地更接近传统电力负荷中心，有利于电能短距离消纳，可减少远距离输送电能带来的损耗。综上，海上发电的诸多优势使风力发电中心由陆上风电转向海上风电的趋势成为了必然。
（3）风力发电成本降低
在政策的鼓励扶持下，目前国内行业内的竞争正在变得激烈。各大企业都在以保证质量为前提降低成本造价并着手研发新型风力发电技术。在提高了风力发电水平的同时，也降低了风力发电的造价，缩小了风力发电和火力发电的价格差。当前我国的风电设备研发主要围绕着大容量、低风速和高效率这三要素进行。风能发电就技术领域在未来定会有重大突破。
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作者简介：
余东晓，本科在读，1999年出生，女，汉族，湖北随州人，目前就读于上海电力学院，专业为电气工程及其自动化。
论文作者:余东晓
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/11
标签：风力发电论文; 发电机论文; 风能论文; 风电论文; 电能论文; 系统论文; 变换器论文; 《电力设备》2019年第1期论文;