浅谈风力发电技术的现状及发展前景

浅谈风力发电技术的现状及发展前景

摘要：主要介绍了风力发电机的主要组成、种类、我国风力资源的分布情况、发展前景、风力发电的优越性，以及我国风力发电亟待解决的问题。

关键词：风力发电；资源分布；风机的分类；发展前景

风能是一种可再生的清洁能源，近30年来，国际上在风能的利用方面，无论是理论研究还是应用研究都取得了重大进步。风力发电技术日臻完善，并网型风力发电机单机额定功率最大已经到5MW，叶轮直径达到126m。今后，国内外风力发电技术和产业的发展速度将明显加快。

1 风力发电机的主要组成

1.1 小型风力发电机

小型水平轴风力机主要组成部分有：风轮、发电机、塔架、调向机构、蓄能系统、逆变器等。

（1）风轮

风轮是风力机从风中吸收能量的部件，其作用是把空气流动的动能转变为风轮旋转的机械能。水平轴风力发电机的风轮是由1~3个叶片组成的。叶片的结构形式多样，材料因风力机型号和功率大小而定，如木心外蒙玻璃钢叶片、玻璃纤维增强塑料树脂叶片等。

（2）发电机

在风力发电机中，已采用的发电机有3种，即直流发电机、同步交流发电机和异步交流发电机。小型风力发电机多采用同步或异步交流发电机，发出的交流电通过整流装置转换成直流电。

（3）塔架

塔架用于支撑发电机和调向机构等。因风速随离地面的高度增加而增加，塔架越高，风轮单位面积捕捉的风能越多，但造价、安装费等也随之加大。

（4）调向机构

垂直轴风力机可接受任何方向吹来的风，因此不需要调向机构。对于水平轴风力机，为了得到最高的风能利用效率，应用风轮的旋转面经常对准风向，需要对风装置。常用的调向机构主要有尾舵、舵轮、电动对风装置。

（5）限速机构

当风速高于风力机的设计风速时，为了防止叶片损坏，需要对风轮转速进行控制。

（6）贮能装置

贮能装置对独立运行的小型风力机是十分重要的。其贮能方式有热能贮能、化学能贮存。

（7）逆变器

用于将直流电转换为交流电，以满足交流电气设备用电的要求。

1.2 大型风力发电机组

大型风力发电机组由两大部分组成：气动机械部分和电气部分。气动机械部分包括风轮、低速轴、增速齿轮箱、高速轴，其功能是驱动发电机转子，将风能转换为机械能。电气部分包括异步发电机、电力电子变频器、变压器和电网，其功能是将机械能转换为频率恒定的电能。近年来，又研制成功了直驱式变速恒频风力发电机组（无增速齿轮箱）。

2 风力发电机的种类

风力发电机组由两部分组成，一为发电提供原动力的风力机，即风轮机，另

一是将其转换为电能的发电机。

2.1 风力机种类

风力发电中所采用的风力机一般可分为常规型和新颖型两类。其中常规型即

传统的螺旋桨式风力机，按其运动形式不同可分为振动式、平动式、固定式和旋

转式4种。按样式不同又可分为螺旋桨式、荷兰式、多翼式、涡轮式、多风轮式

和帆翼式等6种。

新颖型是对常规型的革新，一般可分为竖轴风力机和增力水平轴风力机2种。其中竖轴风力机又可分为竖轴∮式风力机、旋转翼板风力机、环量控制型风力机

和S型风力机4种。增力水平轴风力机可分为动力导流风力机和旋风型风力机2种。

2.2 发电机种类

用于风力发电的发电机，一般可分为直流发电机和交流发电机两类。其中，

交流发电机又可分为同步交流发电机和异步交流发电机2种。如果把风力机和发

电机作为一个整体系统来考虑，可以把风力发电机组分为恒速恒频、近恒速恒频、变速变频和变速恒频4种系统。

3 我国风力资源及风电发展前景

从自然环境来看，我国居于非常有利的优势地位。我国地域广阔，海岸线长、风力资源十分丰富。据统计，全国平均风能密度大约为100W/m2，风能总量为3226GW，其中可供开发利用的陆上风能总量大约为253GW。在我国东南沿海及

附近岛屿、内蒙和河西走廊，以及我国东北、西北、华北、海南及西青藏高原等

部分地区，每年的年平均风速在3m/s以上时间近4000h，一些地区的年平均风速在6～7m/s以上，对于风力发电来说，具有很大的开发价值和广阔的利用空间。

按风能资源密度、有效风力、风速、风能资源的分布特点来看，我国可分为

6个地区：东南沿海及其海岛为我国最大风力资源区，有效风能密度≥200～

300W/m2以上，风速≥3m/s，全年出现时间为7000～8000h，风速≥6m/s的时间

也在4000h左右；内蒙及甘肃河西走廊为第二大区，风能密度≥200～300W/m2

以上，风速≥3m/s，全年出现时间为5000h，风速≥6m/s的时间也在2000h左右；

从北向南逐渐递减；第三区为黑龙江、吉林东部及辽东半岛沿海区域，风能密度

在200W/m2以上，风速≥3m/s，时间为5000～7000h，风速≥6m/s的时间也在3000h左右；第四区为青藏高原北部，风能密度在150～200W/m2，风速≥3m/s，

时间为4000～5000h，风速≥6m/s的时间也在3000h左右；第五区是云南、贵州、四川、甘肃及陕西秦岭以南、河南、湖南西部和福建、广东、广西部分地区及塔

里木盆地，是我国风能最小区，其有效风能密度在50W/m2以下，风速≥3m/s，

时间在2000h以下，风速≥6m/s的时间在1500h以下，可有效利用风能仅为20%

左右；除上述区域以外的广大地区被视为第6区，为风能季节利用区，风能密度

在50～150W/m2之间，风速≥3m/s的时间为2000～4000h左右，风速≥6m/s的时间在1000h以下，其可利用风力为30%～40%左右。今后，国内外风力发电技术

和产业的发展速度将明显加快。

4 利用风能发电的优越性

利用风能资源发电，具有良好的发展前景和其它能源无可比拟的优越性。大

体可归纳为以下几点。

（1）风力发电是一种干净无污染的可再生自然资源，取之不尽，用之不竭，没有常规能源（煤电、油电、核电）会造成环境污染的问题。