并网型风力发电技术现状与发展趋势研究

并网型风力发电技术现状与发展趋势研究

1董明阳2杨静

（1国华（临朐）风力发电有限公司山东省潍坊市262600；

2国华（诸城）风力发电有限公司山东省潍坊市诸城市262200）

摘要：随着国家能源结构改革和环保政策的推行，新型可再生能源得到大量的开发和利用，其中就包括风能，风能属于典型的清洁能源之一，风力发电的储量也非常巨大，存在很大的开发空间。在能源结构改革的形势下，风力发电成为必然趋势。本文从阐述风力发电的基本原理入手，分析当前风力发电并网运行的状况，并探讨未来风电技术的发展趋势，希望为相关企业提供帮助。

关键词：风电；并网；发展

1引言

当前，绿色、环保、可持续发展的理念逐渐深入人心，化石能源消耗日益枯竭，能源转型势在必行。风能、太阳能、核能等清洁型能源得到了大力发展，与其他清洁型能源比较，风能在我国的储量非常丰富，且具有投资周期短、起效快的独特优势，因此，开发风能成为我国能源结构改革的首选。据统计，我国实际可用的风能储量可达2.5亿千瓦，预计到2020年，我国风电的总装机规模将达到2000万千瓦，约占全国电力装机规模的1%。因此，研究风力发电并网技术是十分必要的，也是大势所趋。

2并网型风力发电技术与基本原理

通俗来讲，风力发电技术与其他水力发电、火力发电等类似，只是在驱动能的形式不一样，其能源形式可简化为两大步，首先是风力通过作用于机械叶片转化为机械能，叶片通过轴承将机械能传递给发电机，通过磁场作用最终转化为电能。能源的转化过程中不产生任何污染，这也是风能得到人们青睐的原因之一。并网型风力发电技术实质上来讲风电并入大型电网的技术，其难点在于在风力在随时变化的状况下要时刻保持风机的速度达到稳定运行，提升电能质量。近年来，随着自动控制技术的快速发展，并网型风力发电技术的稳定性能得到大幅提升，风能的利用也更加高效，进一步推动了风力发电技术向大规模、大装机的方向发展。

3并网型风力发电技术现状分析

国外并网型风力发电技术的发展起步比较早，由于风能在新型可再生能源中的分布范围十分广泛，并且此技术到目前为止发展比较成熟，具有极高的经济效益和大规模商业化开发前景，加上开发成本相比较其他新兴能源较为低廉，故受到各国的高度关注，这就促使风力发电技术成为了目前世界上在可再生能源领域发展最为快速的风电清洁能源。目前，国外风力发电机组的单机装机容量普遍在MW级以上，并且由于变速恒频和变桨距技术的快速发展和推广应用，使得国外主要风电机组供应商陆续推出了变速变桨风力发电机组，以传统的恒速恒频技术为主的风电机组不再占据主流地位，采用变速恒频和变桨距技术的风电机组具有较高的风电系统控制可靠性和灵活性，成为了当下的主流风电机组产品。

我国风电企业经过“引进技术—消化吸收—自主创新”的三步策略也日益发展壮大。随着国内5WM容量等级风电产品的相继下线，以及国内兆瓦级机组在风电市场的普及，标志我国已具备兆瓦级风机的自主研发能力。同时，我国风电装备制造业的产业集中度进一步提高，国产机组的国内市场份额逐年提高。目前我国风电机组整机制造业和关键零部件配套企业已能已能基本满足国内风电发展需求，但是像变流器、主轴轴承等一些技术要求较高的部件仍需大量进口。因此，我国风电装备制造业必须增强技术上的自主创新，加强风电核心技术攻关，尤其是加强风电关键设备和技术的攻关。

随着我国社会和经济的飞速发展，对传统能源的需求量逐年增大，使得经济可持续发展与能源紧缺以及环境危机之间的矛盾日益激化，为了缓解这一矛盾，国家大力实施新能源战略，调整我国的能源结构，这促进了风力发电产业的快速发展。虽然我国的并网风力发电技术起步较晚，与国外相比还存在一定的不足和差距，但是，在我国政府的政策支持和积极推动下，风电技术的发展取得了可喜的成绩。目前，我国成为了世界上最为重要的风电市场之一，我国MW级风电机组技术也在快速的发展，同时海上风电场项目也已经启动，可以预见我国的风电产业发展潜力十分巨大。但是，我国的风电技术也存在着十分明显的不足之处，并网型风机主要依靠进口，风电系统容量在整个电网中所占比重较小，其影响作用还不太明显，同时风电系统并网规范制定还在制定之中，我国的风电技术发展还有很长的道路要走，未来我国的风电系统和单机装机容量将向更大容量发展，相关的规范制定也会不断地建立健全，相信我国风电技术的发展前景会是广阔的。

4并网型风力发电技术的发展趋势

（1）大容量、大功率

目前，我国的大容量风电系统的研发面临有很大的困难，伴随着风电机组单机装机容量的增大，其系统相关部件和控制子系统的设计难度也进一步增加，具有容量大、高性能和高可靠性的风力发电机设计，采用新材料制造的新型结构的叶轮桨叶设计及电器控制系统的设计目前是世界风力发电领域的技术难题，具有高效率、高密度、大容量的直驱式永磁同步发电机和多极永磁发电机的设计也是未来风电系统的重要发展方向。

（2）并网技术和最大风能捕获技术的研究

并网型风力发电系统研究的重要内容包括风电并网技术和并网后发电机的转速控制，为了提高风电系统的可靠性和系统故障穿越能力，需要通过全功率电力变换器实现其系统控制目的，并网控制利用并网开关的闭合进行调控。目前，通过变桨距调节和发电机组功率转速的调节来完成最大风能追踪，从而达到最大风能捕获的目的，从系统经济性、可靠性和可行性等方面进行分析利用控制发电机组输出功率来调节控制其电磁功率效果较好，风电系统的并网技术和最大风能捕获技术也是其主要发展趋势。

（3）变桨距调节方式和变速运行方式的发展

由于变桨距调节方式可以依照系统最佳运行参数进行稳定的运行，在额定风速以下吸收风能的效率最大化，在额定风速以上调节整机系统的受力情况，输出恒定功率，故将逐渐取代现阶段的定桨距失速调节方式。恒速运行方式无法满足最大风能捕获的需求将逐渐被输出功率更加稳定的变速运行方式替代，这两种技术的发展必将成为未来并网型风力发电技术的重要方向。

（4）海上风电场技术

由于海上风力资源丰富，具有稳定的主导风向，风电机组对环境影响较小，可以安装单机装机容量较大的风力发电机，未来海上风电场发电势必会得到更大的发展。但是，海上风电场发展过程中一些技术性难题仍需要尽快解决，比如风电系统的可靠性设计、海上风电场电能输送技术的研究、风电场系统保护和维保技术、风电场的协调控制技术等风电系统相关技术难题只有得到合理有效地解决，并网型风力发电技术才会获得持续、稳定、快速的发展。

（5）分布式风电的发展趋势和技术

为提高风电资源利用效率，优化风电开发布局，我国正积极推动分散式风电发展。2016年12月26日，国家发改委与能源局联合发布《能源发展“十三五”规划》，提出要调整优化风电开发布局，逐步由“三北”地区为主转向中东部地区为主，大力发展分散式风电。为切实做好分散式风电项目建设，2017年5月，国家能源局发布《关于加快推进分散式接入风电项目建设有关要求的通知》，指出项目建设应严格满足的技术要求，提出加强规划管理、有序推进项目建设、加强并网管理和监管工作。2018年3月7日，国家能源局印发《2018年能源工作指导意见》，提出有序建设重点风电基地项目，推动分散式风电、低风速风电、海上风电项目建设；优化可再生能源电力发展布局，优先发展分散式风电和分布式光伏发电，鼓励可再生能源就近开发利用，同时分布式风电引入储能设备，能有效实现需求侧管理，减小负荷峰谷差，降低供电成本，将对传统的能源消费方式等方面带来革命性变化。“分布式能源+储能”系统开发利用模式受到广泛重视，各国纷纷出台政策予以扶持，“分布式能源+储能”系统处在飞速发展阶段，储能与分布式的结合已经开始显著减少发达国家电网的销售量，引发“负荷脱网”甚至是“用户脱网”现象。推进用户侧分布式能源加储能规模化发展，可有效地提高可再生能源利用率、降低高峰负荷压力，是应对当前电力系统两端波动性加大，提升系统安全稳定性，降低系统运行调节成本的重要手段。随着储能技术的快速发展、成本的快速下降，用户侧分布式储能调节的经济性已在很多情形下优于供应侧，且优势将越来越明显。

5结语

综上所述，近年来，风力发电技术得到大力发展，但是仍然存在需要突破的技术难题。在进一步提高风能的利用率和风电的稳定性的同时，还需要兼顾风电在电网中的占比，稳步控制风电的增长速度，使电网有足够的能力去消化风电增长带来的额一系列问题。未来的并网风电技术主要解决的难题也在于此。总之，随着技术手段的提升和优化，风电并网的发展前景将是一片光明。

参考文献：

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[2]耿华，周宏林.并网型风力发电技术的现状及发展[J].变频器世界，2008，（12）.

[3]王承煦，张源.风力发电.北京：中国电力出版社，2002

[4]叶杭冶.风力发电机组的控制技术.北京：机械工业出版社，2002

[5]中国产业信息网

[5]中国智库