基于新能源发电的风力发电技术研究

基于新能源发电的风力发电技术研究

白文广

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摘要：随着科技水平的提升，我国发电技术有了很大突破。风力发电是可再生能源中技术最成熟、最具开发规模的发电技术之一。风力发电与火力发电、水力发电相比，此种发电方式更为节能环保，所以风力发电技术成为了新能源发电研究的重要课题。基于此，本文围绕新能源发电与风力发电技术之间的关系进行了研究，希望通过风力发电技术的研究，缓解能源需求与能源供给之间的矛盾，推进社会的可持续发展。

关键词：新能源发电；风力发电；技术研究

引言

全球化石能源（天然气、石油、煤炭等）逐渐短缺，加上大规模化石能源使用引发温室效应、气候变化，可再生能源开发和利用成为全世界共同关注的问题。风能是可再生清洁能源，可在自然界中无限再生，是目前世界各国主要开发的新能源。自1888年世界第一台风力发电机诞生，经历一个多世纪的发展，目前风力发电技术已越发成熟，我国成为风力发电技术规模位居世界第二的国家。在国家“双碳”目标指引下，为了保障人类的未来生存发展，需要探索风力发电技术的应用，以进一步提升风能资源利用率，推动各个产业的发展。

1风力发电基本原理解析

风力发电主要指的是在将风能有效转化成机械能的前提下，再将机械能转变成电能的工作。在实际工作过程中，风车扇叶在风力的作用下旋转，并借助增速机提升扇叶的旋转速度，助力发电机进行发电工作。在通常情况下，风力发电过程中使用的相关设备装置被统称为风力发电机组，而将风能转化成机械能则主要依赖风轮装置。风轮装置由两片或两片以上的螺旋桨桨叶构成。在风力作用下，桨叶上会产生气动力，从而推动风轮转动，在相应控制系统的调节下，就会促使发电机产生恒定转速，最终将机械能转变成电能并将其输送到电网中。

2风力发电的类型

2.1达里厄式风力发电技术

在1930年代，法国科学家发现了达里厄斯风力发电技术。随后，加拿大科学家对该技术进行了研究，最终使其成为能够与水平轴风力发电技术相匹敌的发电技术。在众多风力发电技术当中，不同于其他类型的技术，达里厄式风力发电技术需要借助风力转动时产生的升力完成发电工作。此外，该技术的应用需要相关机械设备的安装，例如风力发电设备，技术人员需要选择使用弯曲叶片横剖面为翼型的发电设备，虽然此种设备启动力矩偏低，但是设备启动过程中风叶的转速较快，且设备的实际应用需要技术人员关注输出功率。

2.2水平轴风力发电机

从水平轴风力发电机是指风轮旋转轴与气流方向平行情况下的风力发电机。目前，该种类型的风力发电机分为两种类型，其一是阻力型，其二是升力型。从前者来看，其风轮的旋转速度是比较慢的，后者的风轮旋转速度则是比较快的，所以在日常使用的时候，对于后者的应用比较多。另外，依据水平轴风力发电机的叶片安装位置差异，还可以将其分成两种类型，其中一种是将叶片等装置安装在塔架后面的下风向风电机，另一种则是相反，其是将叶片等装置安装到塔架的前面的上风向风电机。而在具体应用的过程中，为了确保风轮迎风，后者需要安装调向装置，但是前者就不需要。从水平轴风力发电机的应用优势来看，其能够使得空气中的气流速度加快，且集中，这样就可以提升对风力能源的收集与使用效率。且该种类型的发电机有着工艺成熟的优势，对风能利用率高。但是，也有一些缺陷，维修操作不便，且噪音表较大，因为塔架的工艺比较复杂，增加了维修的难度。

2.3并网风力发电技术

在风力发电系统运行过程中，收集到的风能可以通过并网双馈系统中的传动模型转化成电能。在风电机组未配备齿轮箱的状态下，风能能够在依托直驱风电发电机的前提下，促使风车叶片直接带动发电机运转以达到发电的目的。在直驱风电发电机实际使用过程中，为了实现风电机组轻便性不断提升的效果，风力发电公司可以运用以永磁体技术型直驱发电机组。当前，在风电机组实际运转过程中，假若风能大小未达到预定标准，风力发电公司就可以使用变流器管控发电机组，从而确保实际输出功率能够充分满足额定输出功率的基本要求。在变流器工作期间，首先，风电机组可以利用合理控制侧变流的模式，有效提升风力发电机组电流输出的稳定性。在此过程中，风电机组能够利用侧变流器调整电流的实际转换方式，从而促使内部转子运动速度以及电动势能都发生相应的改变，进而有效减弱功率变化给电流稳定性带来的重要影响。其次，风电机组可以利用网侧电流控制模式，实现有效调整系统内部电网系统与变流器功率的最终目的，从而有效降低风电输出功率在传入电网之后再次进行风电功率调整的频率。

2.4风轮控制技术

从新能源发电研究的角度来看，对于风力发电技术的具体运用过程中，风轮控制技术在其中发挥的作用非常大。合理的运用这一技术，可以维持风力发电系统处于稳定运行的状态。在具体运用此项技术的时候，其是以功率信号反馈来对风轮功率信号进行管控，在风轮实际运用的过程中，功率与具体条件的变化需要保持一致性，经过对功率关系的分析，然后绘制最大功率曲线图，在操作的时候，需要将最大功率与风力发电系统实际输出功率进行对比，获取差值。然后对风轮桨的距离进行调整，这样就可以在整体上提升风轮运行功率的水平。但是，此种改造方式需要耗费的成本比较多，特别是风机在正常使用的时候，对于最大功率曲线的获取存在着一定的难度，需要对这一点给予高度的重视。在对风轮控制技术应用的时候，因为管控叶尖速比是比较重要的，这主要因为在风力因素的作用下，风轮之中的叶尖端转动有限速度，也就是叶尖速，叶尖速比就是叶尖速与时间内风速的比值。而对于这一比值的控制上，则需要重视对风机运行系统的改善，才能够获取良好的控制效果。

3风力发电系统技术改造

2000年代，我国在风力发电设备的研究方面，电力系统的运行控制模式主要分为两种，（1）失速模式，（2）主动失速模式，两种模式无论是哪种模式的应用，其在电力输出功率方面都存在不稳定以及不安全等隐患。为此，随着我国电力事业的不断发展，风力发电技术的应用逐渐取得较好效果。当前，风力发电技术以及相关系统、设备的种类逐渐丰富，且风力发电运行模式逐渐获得优化与完善，受电力电流速度变化的影响，常用的电力电子技术代表为平衡频道风力发电设备，而设备运行涉及的体系为电流速度恒频间距调节体系，加之双馈感应发电机的应用，设备系统运行整体具有节能降耗以及提升电流输出质量的作用。此外，双馈感应发电机系统中包括电力电子变换设备，电力企业技术人员若想提高该系统运行效率，需要在系统设备内部结构中增设电子设备，且增设的电子设备需要满足多级以及同步等要求，其有助于为风力发电系统整体优化提供帮助。

结语

在风力发电技术飞速发展背景下，我国风力发电建设规模不断扩大。虽然目前我国风力发电产业规模已位居全球第二，但我国风力发电核心技术创新仍处于初步探索时期，风力发电技术在各领域的应用也尚浅。在未来发展中，相关部门应进一步探索风力发电技术可应用领域，并促进理论与实践的融合，同时加强政策支持与引导，从而进一步推动我国风力发电技术的进步，全面提升风能资源利用率，加快“碳达峰、碳中和”目标的实现。

参考文献

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