風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主流類型概述目錄風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主流類型概述 11.1概述 11.2風(fēng)力發(fā)電國內(nèi)外現(xiàn)狀 11.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主流類型 31.1概述隨著社會的快速發(fā)展，人類對能源的依賴性逐漸提高，需求的日益增加。而與之相對的則是，傳統(tǒng)的化石能源能源儲量日漸減少，面臨枯竭的問題；且化石燃料在利用過程中會對環(huán)境造成不可逆的污染，破壞生態(tài)平衡，所以，可再生能源被世界各國高度關(guān)注[1]。在包括風(fēng)能、太陽能、海洋能、核能、生物質(zhì)能等可再生能源中，風(fēng)能是發(fā)展最快的可再生能源之一。規(guī)模化開發(fā)程度和商業(yè)化程度最高就是風(fēng)力發(fā)電，是目前最接近市場化操作的可再生能源利用形式。其憑借自身的優(yōu)勢，逐漸發(fā)展為成本低廉、技術(shù)成熟的發(fā)電方式，已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)全球低碳經(jīng)濟(jì)的核心技術(shù)之一。風(fēng)力發(fā)電具有以下特點(diǎn)：（1）建設(shè)周期短，回報(bào)收益率高，裝機(jī)規(guī)模靈活，投資較靈活；（2）相關(guān)技術(shù)成熟，自動化水平很高，應(yīng)用現(xiàn)代高科技，可靠性高；（3）發(fā)電形式多樣化—并網(wǎng)運(yùn)行也可以獨(dú)立運(yùn)行?？梢越M成風(fēng)光互補(bǔ)、風(fēng)光水多能源綜合系統(tǒng)等。（4）風(fēng)力發(fā)電為可再生的清潔能源。1.2風(fēng)力發(fā)電國內(nèi)外現(xiàn)狀2020年研究人員根據(jù)歷史氣象觀測資料和專業(yè)風(fēng)能資源測量數(shù)據(jù)，采用數(shù)值模擬方法分析得到：中國陸地80m、100m、120m和140m高度上技術(shù)開發(fā)總量分別為32億kW、39億kW、46億kW和51億kW，其中分別包含低風(fēng)速資源技術(shù)開發(fā)量4.9億kW、5.0億kW、4.6億kW和4.1億kW；100m高度近海水深5~25m和25~50m海域內(nèi)風(fēng)能資源技術(shù)開發(fā)量分別為2.1億kW和1.9億kW；100m高度近海離岸距離小于25km和25~50km海域內(nèi)風(fēng)能資源技術(shù)開發(fā)量分別為1.9億kW和1.7億kW?？梢?，我國風(fēng)能資源豐富。圖1.1中國風(fēng)電近十年裝機(jī)容量中國2019年的裝機(jī)容量比其他任何國家都要多，預(yù)計(jì)這種領(lǐng)導(dǎo)作用將持續(xù)近十年。根據(jù)低速發(fā)展目標(biāo)，我國風(fēng)力發(fā)電累計(jì)裝機(jī)量至2030年估計(jì)可以達(dá)到1.8億kW左右。在這種情況下，全國風(fēng)力發(fā)電在總電力容量中的比例可以超過11%，并且滿足全國5.7%的電力需求。根據(jù)高速快捷發(fā)展目標(biāo)，平均新增裝機(jī)則在2020年后保持在1400萬kW,我國風(fēng)力發(fā)電累計(jì)裝機(jī)至2030年能達(dá)到2.7億kW。在這種情況下，在全國電力容量中風(fēng)力發(fā)電的比例占16%以上，可以滿足全國高達(dá)8.65%的電力需求。圖1.2全球風(fēng)電近十年裝機(jī)容量過去30年中，風(fēng)電不僅在調(diào)整能源的結(jié)構(gòu)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、增加就業(yè)崗位、改善環(huán)境以及降低能源對外依賴等方面發(fā)揮著巨大作用。1.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主流類型經(jīng)過幾十年的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要有水平軸風(fēng)力機(jī)和垂直軸風(fēng)力機(jī)兩種，目前廣泛應(yīng)用的是水平軸、上風(fēng)向、三葉片的基本形式。變槳距調(diào)節(jié)方式已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的定槳距方式，在發(fā)電機(jī)調(diào)速方式上，變速運(yùn)行占有絕對的優(yōu)勢，它能夠提高能量轉(zhuǎn)換效率，降低機(jī)械應(yīng)力，通過相關(guān)控制策略，能過實(shí)現(xiàn)變速恒頻運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，而且提高了機(jī)組的可靠性。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整體不斷向大容量、直驅(qū)、無刷、智能化方向發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主流結(jié)構(gòu)形式如下所示：（1）基于全功率變流器的變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)圖1.3基于全功率變流器的變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)框圖如圖1.3所示，發(fā)電機(jī)是通過全功率變流器接入電網(wǎng)的。全功率變流器并網(wǎng)的方式適合永磁同步發(fā)電機(jī)、電勵磁同步發(fā)電機(jī)等。系統(tǒng)沒有齒輪箱，降低了機(jī)械磨損，系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率就能夠得到提高，投資及運(yùn)維成本也能降低。同時風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的性能也能由全功率變流器增強(qiáng)，發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)就可以完全解耦。缺點(diǎn)是同步發(fā)電機(jī)極對數(shù)非常多，使得電機(jī)尺寸很大，不僅成本增加，系統(tǒng)也比較復(fù)雜。（2）基于部分功率變流器的變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)帶轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的雙饋異步發(fā)電機(jī)就是此類型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的典型，如圖1.4所示。圖1.4基于部分功率變流器的變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)框圖系統(tǒng)輸出功率的調(diào)節(jié)可以通過變流器實(shí)