关于新能源风力发电相关技术之研究陶冶

发表时间:2019/11/29   来源:《城镇建设》2019年2卷16期   作者:陶冶
[导读] 人们越来越多地在满足物质需求的基础上呼唤新能源与环境保护,拥有清洁的能源和适合生存的环境日益成为一种需求常态。
        摘要:现今时代,我国经济增加非常迅猛,社会整体面貌焕然一新,人们生活质量稳步提高。在此背景下,人们越来越多地在满足物质需求的基础上呼唤新能源与环境保护,拥有清洁的能源和适合生存的环境日益成为一种需求常态。在自然环境受到严重破坏的情况下,新能源产业的产生与发展是社会发展的必然。科技快速发展,以风能为主要清洁能源的新能源得到不断的开发,人们的生活深受其益,风力发电在世界各国的发展速度也在加快。相对于太阳能、核能等能源,由于风能在发展上呈现出生产规模不断扩大、转化效率相比优势明显、技术发展速度快等优势,以至于能够满足资源开发的需求。风能成为具备很好发展前景的朝阳产业,全球风能发电行业快速发展,产能不断增加,中国风电产能也紧跟其后。
        关键词:新能源;风力发电;技术
        引言
        作为一种无污染的可再生新能源,近年来风能资源利用发展势头强劲,是我国可再生能源的重要组成部分,也是我国改善能源结构,减轻环境污染的一个重要途径。而风力发电作为最常用的风能利用方式之一,具有无污染、可再生的优点。据国家气象科学院的统计,目前我国风力发电装机容量居世界前列。风能虽然是可再生能源,建设风电场却需要占用土地资源,因此也同样面临着资源合理利用的问题。合理的风电场风机优化布置是风电场规划的关键环节,布置方案的优劣将直接影响风电场的发电量以及风电场的经济水平。
        1风力发电原理
        风力发电的原理是把风能转化为机械能,再将机械能转化为电能进行输出。具体过程是通过风带动风机叶片转动,从而使发电机内部线圈旋转切割磁场,最终产生感应电流,并被储能装置以电能的形式储存起来。通常风力发电机由风轮叶片、低速轴、高速轴、风速仪、塔架、发电机、液压系统、电子控制系统等部件组成。其中,风轮是将风能转化为机械能的装置,根据风向的变化调节风轮方向,可以最大限度地利用风能。塔架是连接支撑风轮和发电机的支架,其高度是由周围地势和风轮大小决定的,以确保风轮的正常运行。发电机是将风轮产生的机械能转化为电能的装置。
        在风机构造中,定义风轮叶片尖端线速度与风速之比为叶尖速比,是风机的重要参量,其大小是影响风机功率系数的重要参数。通过设计风轮的不同翼型和叶片数,可以改变叶尖速比。风机组的功率调节是风力发电系统的关键技术手段,其主要方式包括定桨距失速调节、变桨距失速调节和主动失速调节三种。定桨距失速调节将风机叶片和轮毂固定,叶片顶角不能随风速进行调整,其结构相对简单,可靠性强,风机输出功率随风速而变化,因此在低风速下其利用率较低。变桨距调节是通过改变桨距角调整风能的转化效率,尽可能的提高风能转化效率,使风机输出功率保持平稳。主动失速调节是通过叶片主动失速来调节输出功率。当风速低于额定风速时,通过控制系统进行调控;当风速超过额定风速时,变桨系统通过增加叶片攻角使叶片失速,从而限制风轮的吸收功率。
        2新能源风力发电相关技术
        2.1风力发电储存技术
        风力发电储存技术能有效缓解风力不稳定性以及负荷峰谷比问题,对于削峰填谷具有很大的作用,同时也减少了能量转换过程中的损耗。
        (1)新型电池储能技术。电池储能技术是最简单的电能储存方法,主要应用于单独运行的中小型风力发电机的电能储存,以便根据风况以及负荷的变化进行电能补偿。现在采用的电池主要有铅酸电池、钒电池、镍镉电池、钠硫电池、锂电池等。
        (2)水利蓄能技术。水利储能技术需要以丰富的水资源为前提,在风能过量时,利用风能带动水泵将水位提高,将电能转化为势能。在风能不足时,将高水位的水进行泄放,带动水力涡轮发电机发电,从而将势能转化为电能。


        (3)压缩空气蓄能技术。压缩空气蓄能技术是主要应用于干旱地区的风力发电储能技术。在风能过量时,利用风能带动压缩机,将空气压缩储存到金属器具内或者矿洞内,在风力不足或者负荷较大时,利用压缩空气带动涡轮机发电。
        (4)飞轮蓄能技术。飞轮储能技术容量小、储存时间短,适用于大容量的发电机。通过在发电机与风力机之间加装飞轮,利用飞轮转动的惯性储存能量。在风速较高时,风能转化为飞轮动能进行储存,在风速不足时,飞轮的惯性带动发电机转动,将动能转化为电能。
        2.2互补发电系统
        互补发电系统是指2种或多种能源组合起来的复合式发电系统。作用是在风力较弱的时候与其他形式的发电系统组合起来,使得电能输出稳定,常见的互补发电系统主要由以下几种:
        (1)风光互补发电系统。风力资源易受地形地势的影响,且与地域位置有关。我国的地域分布及季风气候决定我国冬季风能丰富而太阳能不足,夏季太阳能丰富而风能不足。因此,可以将二者进行很好结合,利用风光互补的发电结构解决风能发电和太阳能发电的随机性,实现电能输出的稳定。该系统尤其适用于风能和太阳能都较为丰富的地方,如:海岛、沙漠、草原、山区等。该系统还适用于小区和环境工程,如:路灯、观景灯、广告牌等。
        (2)风水互补发电系统。风水互补发电系统就是将风能发电系统与水能发电相结合的发电系统,当风能发电出现波动时,水电站可以迅速调节输出补偿风能发电。另外,在我国部分地域风能和水能在分布上具有时间互补性,例如我国的新疆、内蒙古、青海等地区,夏秋季风速弱,风力发电输出能力弱,但是这2个季节雨水量较大,水力发电可以补偿部分负荷。春冬季节,雨水量较低,水力发电输出能力较弱,但这2个季节风能较强,风力发电输出较大,能够对水力发电进行稳定性补偿。
        (3)风气互补发电系统。风气互补发电系统是指风力发电与燃气发电相互补偿。利用具有快速启停和快速调节负荷特点的燃气发电机补偿风力发电机输出的波动,使得整个发电系统的输出能力在一段时间内保持稳定。目前,风气互补发电系统在新疆地区已经得到了应用。
        (4)风柴互补发电系统。风柴互补发电系统是利用柴油发电系统对风力发电系统进行补偿的发电系统,该系统主要应用于孤岛等较为偏僻地域的供电。
        (5)风能和生物能互补发电系统。风能和生物能互补的发电系统是利用生物能发电对风力发电进行补偿的发电系统。生物能与其他可再生资源相比可以以燃料的形式储存起来,可以根据负荷的变化人为的改变发电输出量。该系统具有输出稳定、温室气体排放量小等优点,因此该系统具有良好的发展前景。
        对于互补发电系统不仅限于2种能源相互组合,还可以多种以上的能源相互组合,如:风能、太阳能和生物能互补发电系统,风能、水能和生物能发电互补系统等。
        结语
        我国作为一个能源生产和消耗大国,发展清洁能源对于解决能源短缺和环境保护具有重要意义。风电技术可以减少化石燃料对环境的污染,降低有害气体的排放,保护生态平衡。但是当前风电技术还存在许多问题,因此需要分析具体问题,实事求是,制定相应措施,优化风电产业结构,加大投入力度,促进风电技术的稳步发展。
参考文献:
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