摘要：近年来，我国风电行业发展迅速，在理论研究和技术应用方面取得了突出的成果。随着风力发电的广泛应用，风能的最大化利用已成为一个重要的研究课题。最大限度地利用风能的关键在于合理选择与风电场相匹配的风力发电设备，并根据相应的设备对风机相对距离进行优化布置，以实现风机的最佳利用风能资源。
关键词：风力发电技术；现状；关键问题
前言
作为一种无污染的可再生新能源，近年来风能资源利用发展势头强劲，是我国可再生能源的重要组成部分，也是我国改善能源结构，减轻环境污染的一个重要途径。而风力发电作为最常用的风能利用方式之一，具有无污染、可再生的优点。据国家气象科学院的统计，目前我国风力发电装机容量居世界前列。风能虽然是可再生能源，建设风电场却需要占用土地资源，因此也同样面临着资源合理利用的问题。合理的风电场风机优化布置是风电场规划的关键环节，布置方案的优劣将直接影响风电场的发电量以及风电场的经济水平。
1我国风力发电技术发展的现状
1.1我国风力发电的产能现状
我国地大物博，风场资源丰富，利用风能可发电量超过10亿千瓦，这些风力资源地区主要分布在地广人稀的地区，例如西北地区、华北、东北以及东南沿海部分地区。我国20世纪实现了对小型发电机的自主研发和批量生产，缓解和满足了农牧民和岛屿地区人们的用电需求。东部沿海地区风能资源丰富，目前许多重大的风力发电设备主要就建于东部沿海地区，很多风力发电设备建于重大的跨海大桥周边，其他主要分布于多风能的丘陵地区。当然，我国风电事业也不是一帆风顺的，前些年由于风电行业的无序发展导致一系列的问题，例如风机事故、弃风限电现象以及产能过剩等问题。
1.2目前的风力发电技术方面发展现状
我国目前的风力发电技术主要还是来源于西方先进国家，所以，我国的许多风力发电设备仍处于从国外购入阶段，缺少自主生产重要核心部件的能力。此外，我国风力发电技术单机容量日益增大；风力发电优势很多，虽然前期投入成本较高，但运营成本较低，市场化前景广阔。使沿海地区的可再生能源利用不断提高，降低了对于化石能源的依赖，减少了污染性气体的排放量。
2风力建设带来的主要环境问题
2.1噪声污染
风电场建设在修建的过程中，并没有充分考虑风力噪声的问题，以至于该工程对周围居民带来了一定程度的噪声困扰，严重者还出现了神经衰弱的现象，这就要求相关部门对噪声污染进行研究，掌握相关规律，规范技术实施，减少噪声。风力发电厂主要带来的噪声包括机械噪声、空气动力噪声以及结构噪声，充分分析这些噪声的来源和特性，才能进一步对噪声进行控制。由于风电场建设初期给人们带来了噪声困扰，因此，很多学者开始研究噪声衰减的距离，依据该距离参考，可以合理规划风电场建设的选址，满足声环境功能区标准，避免对居民带来过大干扰。
2.2场区道路用地不规范，给生态造成影响
①占地分析，风电场建设主要由场区道路、风机基础、升压站、输电线路等几个部分组成，每一部分都需要占用一定的土地面积，需要合理分配和规划，但很多工程不能够按照标准实施，表土裸露，水土流失严重，使土地丧失了原有的功能；②生态恢复，工程建设完成后，没有及时对破坏的生态进行恢复，包括土地未填平整，施工痕迹没有清理干净，都会影响后期生态环境的自然恢复。（3）风电场建设区域规划内动植物种群数量减少。由于风电场建设需要占据大片土地，通常情况下包括林业资源、耕地资源等，对动植物的生存产生了一定影响，同时，工程建设带来的噪音污染，也使得更多的野生动物无法生存，导致该区域动植物种群数量越来越少。
3解决对策
（1）开展风力项目环境影响专题研究及示范工程建设工作，使得风电场建设更加规范化，掌握工程建设的规律性，以利于生态环境恢复和改善；同时对工程建设的技术进行改进，最大程度的减少污染，防止扰民，保护生态环境。（2）合理确定噪声防护距离，由专业人员针对建设的实际情况，综合考虑风电机组噪声的频谱特性，确定风电场建设的实际距离，明确噪声控制距离，降低噪声对周围居民生活的影响。（3）规范场区道路建设，综合考虑场区道路的使用时间长短，永临结合，按照相关标准建设场区道路，确保运营期的顺利进行，同时保证运营期后生态环境可以得到有效的恢复。对于永久性道路建设，还要考虑到能方便后期附近居民的使用，给居民带来便利。（4）尽量采取生态手段进行生态环境的恢复。风电场建设完成后，生态环境的恢复工作是不可缺少的，应当由相关部门制定详细的恢复计划并采取适当的恢复方法，保证生态环境的稳定性。①确保生态环境地表基底稳定，才能够保证生态系统长期生存与发展，交替与演变；②确保土地仍然具有自身的功能，保证一定的土壤肥沃力，有利于恢复植被生长；③注重生态背景，包括气候环境、水文条件等，依照自然法则，不断恢复生物群落生存的能力，增强生态系统的稳定性。（5）生态环境保护要遵循合理选址、规范操作的原则，同时表土要注意回填，为下一步的土地利用打下基础，此外，要对风电场设备进行定期维护与检修，避免发生故障，对周围居民和环境造成影响。
4造成叶片机械损伤的原因
4.1因操作疏忽运输、吊装的时候发生故障
在进行运输时，叶片尖端可能会受到风沙和植物的影响从而出现破坏，在进行吊装时，叶片一些薄弱的位置可能会受到吊绳夹具的影响出现故障。
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4.2自然因素
一些风能丰富的区域，比较容易出现雷电、风沙、高寒等情况，这些气候因素都会对叶片造成一定程度的影响。因为机组一般会在高山、沿海等环境下进行工作，在其工作过程中会出现风蚀、沙蚀等问题。由于这些问题的经常发生，就会让风电设备出现结构上的故障，特别是叶片。
4.3运行过程中维护不当
出现风载荷改变、机组在工作时超出额定功率等情况时会有激振力的出现，假如其频率和固有频率接近的时候，叶片就会出现变形，进而出现裂纹等方面的问题。这些由于人为或自然因素影响而出现的故障，在后期因为时间的推移可能变为比较严重的故障。
5叶片状态监测与故障诊断方法
5.1直接观察法
直接观察法就是使用高倍望远镜、无人机、蜘蛛人等进行观察。相关工作人员通过高倍镜对叶片的外表面实时的监测，会在第一时间发现叶片的故障问题，比如是否开裂、鼓包、油漆破损等问题。无人机巡检就是通过无人机上的视频传感器对其实时监控；蜘蛛人巡检又叫做高空绕行下降目测检查，都是人工作业。这两者的不同之处是：无人机巡检就是专业人员控制无人机，进行一次充电能够对一台风机的叶片进行检测。采取无人机巡检其成本低、效率高，不过会出现无人机故障等方面的问题；采取蜘蛛人巡检能够让专业人员对叶片内部进行检测，其准确性更高，得到的数据信息更丰富，不过其效率较低。
5.2光纤传感器监测
现在一些风电叶片已经使用了光线检测系统，实现叶片的实时监控，光纤传感器和应变片在工作过程中存在很大的差异，光纤传感器是利用光为载体，使用光线进行信息的传递。所以，使用光纤传感器会有光纤的一些优点：电绝缘性好、抗电磁干扰、灵敏性好等等。通过使用叶片里的光纤光栅传感器，把应力应变信息传递下去，对叶片的故障进行监控。光纤风机叶片监控系统包括光纤传感器、传输光线、解调仪表、数据传输模块。在叶片的合理位置安装光纤传感器，专业人员对传感器传递给解调仪的信息进行合理的分析研究，从而对叶片的情况进行实时的监控。
5.3振动监测法
叶片在进行工作的过程中会由于大气边界层的剪切风、变桨、偏航、叶片自身的属性等方面影响而出现故障，出现激振源，因为这些方面的影响就会让其出现故障。在风轮叶片和发电机出现共振之后，就会让叶片和机组出现故障，这样不但会让发电量出现问题，还可能发生安全问题，因此针对这些方面就要进行及时的监控，出现问题时在第一时间进行解决。在这套装置中进行无线传感器的安装时，要通过参考叶片的型号对实际情况进行合理的调整，在安装时比较方便，得到的数据信息比较丰富，可以通过分析得到的信息对叶片的运行情况进行合理的分析并对其故障进行有效的解决。
5.4噪音监测法
由于会受到工作环境的影响，一些叶片在其工作几年之后就会发生侵蚀的情况，假如这种情况没有在第一时间进行有效的解决，之后碰到雷击或者结冰就会出现开裂等问题，让叶片的结构出现故障，容易发生安全问题。叶片的结构是薄后缘，对其进行运输和安装时，比较容易出现分层和开裂这些方面的问题。这些方面的问题范围较小，如果没有在第一时间进行解决，就会出现叶片更为严重的损伤，严重时会让大梁出现故障。在对风机进行安装调试的时候，叶片如果装角有问题，就会让其出现风轮不平衡、轴承过载等方面的问题，还有可能会发生倒塔。如果叶片工作在高冷的环境，如果出现结冰就会让其发生变形，在前缘出现湍流边界层，让叶片的升力出现变化，对风机的功率产生影响。噪音检测法是通过智能叶片传感器，来对叶片进行实时的非接触监控，专业的定向耳蜗可以监控叶片由于发生问题而出现的音频信号，使用嵌入式软件对其进行分析，通过专业人员的分析研究，进行报警等工作，对叶片可能出现的问题进行实时的监控。这种职能叶片传感器会让工作人员在工作过程中出现的问题减少，更加适应一些工作环境比较复杂的区域。噪音检测法在进行故障的监控以及分析研究的过程中起到很大的作用，不过其灵敏度不是很高，在进行一些微观判断的时候准确度较低。
5.5其他静态无损检测方法
现在，对叶片进行静态的检测一般是采用超声波检测法、声发射检测法等等，不过采用这种检测方法的时候没有严格的标准。在进行超声波检测时，是因为叶片出现结构上的故障就会让超声波的传播路径出现问题。这种方式能够对材料内部或者外部的问题进行监控，一般进行离线检测，其使用的范围比较大，得到的结果更加准确。要针对不同的问题使用不同的探头，这就让这种方法有了一定的局限性。声发射检测方法就是通过分析叶片在出现故障的时候产生的应变波，对叶片的情况进行实时的监控。这种方式是非接触的，能够进行远程的监控，不过这种方式的准确度比超声波检测法低，适合在精确度不高的时候使用。红外热成像检测法，是通过叶片的热辐射成像对叶片的情况进行判断，现在使用比较普遍的方法是主动式加热方法，这种方法在叶片出现表面裂纹等问题时比较实用，如果是针对较厚的结构，在使用的时候就要进行进一步的分析研究。
结束语
综上所述，我国风力发电技术水平在不断提高，但是仍旧有许多问题亟待解决，所以要正视目前风力发电技术存在的问题，积极争取社会各方的支持，在原有的基础上不断突破创新，投入一定的资金，不断完善相关政策，从而实现风力发电技术的良性发展，让风力发电技术真正成为我国电力供应的主流技术。
参考文献：
[1]赵若焱.风力发电及其控制技术新进展探究[J].内燃机与配件，2018（13）.
[2]王刚，田野.风力发电机桨叶柔性控制技术的研究及机组优化[J].通信电源技术，2017.
论文作者:张保,林焕乾
论文发表刊物:《电力设备》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/14
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