摘要：随着科技的不断发展，人们对于风能的认识也在不断加深。我国人口较多，对于能源的需求也比较大，政府也在不断加大风力发电的研究。我国自身也有诸多有利条件，例如海岸线绵长、风力资源丰富等。作为可再生资源，风力发电的前景非常好，将成为我国可再生能源中极具规模化和商业化的新能源。
关键词：风力；发电工程；应用研究
引言
风力发电是可再生能源中发展最快最具规模化的绿色能源，对解决我国能源短缺、环境保护、可持续发展等问题都具有十分重要的意义。本文详细分析了大规模风电场并网对输电网安全稳定运行的影响及其应对措施，探讨了未来风电技术产业向直驱式、大机组、常规能源及近海发展趋势，并指出新一代的柔性直流输电技术将成为解决大型风电基地功率外送瓶颈的最佳方案，值得更加深入的研究。
1 风力发电概述
在过去，人们普遍采用的煤炭、石油、天然气等传统能源进行发电，但是因为这些能源是不可再生资源，终有一天会被用尽。为了满足正常需求，人们开始探索新能源，并对其进行利用，风能就是其中之一。在诸如日本、美国、英国等国家，每年都会遭到龙卷风的袭击，而龙卷风所携带的风能能量非常巨大，可以在很短的时间内将整棵大树连根拔起。曾经有人对此做过研究，拔起一棵大树所需要的能量折合为电能大概是750万千瓦的功率。据调查显示，每年全球风能大概是2.74×109MW，如果能够有效利用其来发电，可以发电100亿千瓦，这个数据是全球所有水力发电站的9倍。我国土地广阔，所能利用的风力资源也是比较巨大的，其中陆地风能约2.5亿千瓦，海上风能7.5亿千瓦。和传统能源相比较，风能不依赖于任何矿物能源，发电的成本也比较稳定，如果可以很好地对这些风能进行利用，可以大幅降低我国对煤炭资源的依赖，同时也可以减轻对环境的污染，更好的做到可持续发展。
2 风力发电技术的运作原理
风力发电的基本原理是把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，即利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮、发电机和塔架三部分。风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只或两只以上的螺旋桨形的桨叶组成。当风吹向桨叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率，还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。塔架是支承风轮、尾舵和发电机的构架。铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况，以及风轮的直径大小而定。发电机的作用，是把由风轮得到的恒定转速，通过升速传递给发电机构均匀运转，因而把机械能转变为电能。小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统，包括发电机和变流器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁或励磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。
3 风力发电过程中的几个具体技术应用
3.1 风电设备设计与制造技术
风电设备的设计，开发和制造是风力发电提供高质量电源的最关键保证。风力发电机的发电效率与发电设备的相关技术密不可分。现代设计解决方案和仿真软件技术的使用为发电机组设备的更精细设计提供了技术支持。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆从发电设备的设计和最集成的现代发电机组设计，仿真软件测试系统为高品质风电设备的设计和制造提供技术和数据支持。用于风力发电的核心发电装置是风力叶轮的设计和技术发展。叶轮的设计形状和优化设计可以将更高的风能转化为电能，是整个风电设备技术研发的核心。从力学和空气动力学的角度来看，测量数据，并选择最佳解决方案。设计计划的最终计划基于许多测试。翼型设计技术，数值模拟技术，风洞实验技术，数据库建立，翼型数据三维修正及其在叶片设计中的应用取得了良好的效果。
3.2 风力发电储能
对于风力发电系统的储能技术来说，可以根据结构形式的差异，将储能技术进行合理的分类。具体说来，按照储能结构的不同，可以将储能技术划分为分布式和集中式两种。首先，分布式是在风力发电机的位置安装一些储能设备，并且要将储能设备安装到每一台发电机中，从而确保电力供应的稳定。虽然这种方法能够有效地提高电力供应的质量与水平，但是也存在着一些不可避免的缺陷：由于要将储能设备安装在每一台发电机中，工作人员的工作量将大大增加。此外，在安装的过程中需要应用较为复杂的安装技术，很多安装技术人们难以充分掌握。对另一方面，风力发电系统还可以应用集中式储能技术，这也是一种重要的储能技术，并且还可以根据发电系统的运行情况对储能装置进行适当的调整，从而对储能装置的输入与输出功率进行控制，增强了风力发电系统的灵活性。此外，这种储能技术还可以减少储能设备的安装数量，有效解决了分布式储能技术安装工作量大，技术难以掌握的缺陷。
3.3 风力发电并网
由于风能的不稳定性，中小型风力发电机一般采用直流发电系统并配合蓄能器或与其他发电装置互补运行的方式，以满足离散区域的稳定供电需求；而大型风力发电机大多采用直接或间接并网运行向外界输出电能。解决并网问题的可能方向主要在以下两方面：一是“非并网”风力发电系统采用近距离直接利用，避免对电网的冲击。二是减少风电的波动性。在风电系统方面，发展变桨变速式功率调节等驱动技术；在风电场方面。发展先进的整体控制技术和输出功率短期预测技术；在系统集成方面，推动探索研究风电储能系统技术及风能与其他能源系统互补技术；在电网方面，发展智能电网，发展大规模低电压穿越技术，使其具有适应所有电源种类和电能储存的方式。
3.4 海上风电场技术
由于海上风电场技术逐渐成熟，全球海上风电装机容量已经超过1GM，促进了单机容量的特大型兆瓦级风力机的研发。而且海上风速大且稳定，年平均利用小时可达3000h以上，年发电量可比陆上高出50%。21世纪是世界风电产业由陆地转向海洋的世纪。中国东部沿海水深2～15m的海域面积辽阔，可利用的风能资源约是陆上的3倍，而且距离电力负荷中心也很近。可见，随着海上风电场技术的发展成熟，必然成为未来的可持续能源。
3.5 变速恒频风力发电技术
这项技术是利用电子技术、信息处理技术、矢量转换技术等的多学科技术，能够对风力发电机实现风速捕捉、调节发动机转速从而实现发电机变频运行。变速恒频技术在风力发电机中的运用，使发电机实现了对不同风速进行自动调整为恒定转速，使风力机的低转速转化为高转速，从而获得电力的稳定输出。这就使得风机的适应性极大增强，运行效率大大提升。
结束语
在当今能源利用率逐年增加的世界中，风力发电越来越受到世界各国的重视。对风力发电的需求逐年增加。在风电技术方面，还需要相应的技术能力开发来适应风力发电的发展支持。经过几个五年计划的科技攻关，我国在风电机组整机及零部件制造技术、风电接入系统仿真技术、风电场选择及建设技术等方面都取得了长足的进步。
参考文献
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[2]张鹏.风力发电技术发展及关键问题研究[J].化工管理.2017（35）
[3]王珊珊.风力发电技术现状及发展趋势[J].电子技术与软件工程.2017（04）
论文作者:王广坡,曲鲁光,隋奎芳
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/25
标签：技术论文; 风力发电论文; 风能论文; 风轮论文; 储能论文; 风电论文; 风力论文; 《建筑学研究前沿》2018年第36期论文;