摘要：隨著人們的生活水平不斷提高，對(duì)能源的需求日益增大，能源是促進(jìn)社會(huì)發(fā)展的必備條件。隨著化石能源的需求量越來越大，化石能源的日益枯竭和帶來的日益加重的環(huán)境污染問題，開發(fā)無污染可再生的新能源迫在眉睫，其應(yīng)用前景也非常廣闊。風(fēng)能作為一種常用的綠色能源，其分布廣泛，資源豐富，開發(fā)和利用的技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，可控性好，因此越來越受到各國的重視。
關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電原理;應(yīng)用
引言
在如今能源缺乏的時(shí)代，新能源的利用和開發(fā)很重要，風(fēng)力發(fā)電在現(xiàn)在世界的利用率很低，這對(duì)未來的發(fā)展很不利，如今世界不可再生資源越來越匱乏，按現(xiàn)在的消耗速度，地球可開發(fā)的資源不足以未來的使用，雖然現(xiàn)在世界上對(duì)水利和風(fēng)能的使用有一定的成就，但是還是需要大力發(fā)展，尤其是風(fēng)能的使用，如果風(fēng)力發(fā)電技術(shù)能夠得到發(fā)展和普及，對(duì)未來的發(fā)展有積極作用，對(duì)風(fēng)力發(fā)電的原理及前景進(jìn)行探究。
1風(fēng)力發(fā)電機(jī)的分類
風(fēng)力發(fā)電機(jī)分為恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)、有限變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)和變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)三種類型。恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)是采用籠型異步發(fā)電機(jī)原理，籠型異步發(fā)電機(jī)只能在額定的轉(zhuǎn)速上很狹窄的范圍。由于籠型異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、成本低、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，很適合風(fēng)力發(fā)電，在風(fēng)力發(fā)電的初期大多都應(yīng)用籠型異步發(fā)電機(jī)，但是籠型異步發(fā)電機(jī)的缺點(diǎn)也是很明顯的，在籠型異步發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)輸入的風(fēng)功率不能過大或過小，如果轉(zhuǎn)速超過一定范圍發(fā)電機(jī)就是不穩(wěn)定。風(fēng)速的波動(dòng)是風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨之波動(dòng)，但是發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是不變的，風(fēng)力機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的軸承、齒輪箱會(huì)受到機(jī)械摩擦和疲勞應(yīng)力的影響，使軸承和齒輪的使用壽命降低，還有就是風(fēng)力機(jī)的速度是無法調(diào)節(jié)的，當(dāng)外界的風(fēng)力大時(shí)也無法得到利用，從而使其使用效率降低。
有限變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用繞線式異步發(fā)電機(jī)進(jìn)行工作，繞線式異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子外接可變電阻，來進(jìn)行調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，用來實(shí)現(xiàn)有限的變速運(yùn)行，有效地增加輸出功率，同時(shí)繞線式異步發(fā)電機(jī)采用變槳距調(diào)節(jié)及轉(zhuǎn)子電流控制，可以大大的提高性能、輸出功率穩(wěn)定，但是缺點(diǎn)在于外接電阻消耗了很多的能量，使得電機(jī)的功率大大的降低。變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)可分為有刷雙饋異步發(fā)電機(jī)、電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)、永磁同步發(fā)電機(jī)三種。
雙饋異步發(fā)電機(jī)是根據(jù)變速恒頻控制在轉(zhuǎn)子電路內(nèi)實(shí)現(xiàn)的，由于轉(zhuǎn)子回路功率是由轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍決定的轉(zhuǎn)差功率，可以大大減輕變頻器的重量和體積。但是雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中具有多級(jí)齒輪箱和電刷，會(huì)相互摩擦，會(huì)出現(xiàn)噪聲和影響部件的使用壽命，在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，定子和轉(zhuǎn)子的電流會(huì)突然加大，為了保護(hù)變頻器增加了風(fēng)力機(jī)的負(fù)荷。電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)是通過調(diào)節(jié)逆變裝置改變系統(tǒng)的輸出的有用功率和無用功率，由于電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)不應(yīng)用齒輪，使得系統(tǒng)的效率和可靠性都有很大提高，同時(shí)還有噪聲低、電網(wǎng)電壓閃變小等優(yōu)點(diǎn)，但是系統(tǒng)的成本很高、功率變換器損耗比較大。永磁同步發(fā)電機(jī)具有以上兩種發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，但是發(fā)電機(jī)的體積比較大，而且成本高。永磁同步發(fā)電機(jī)采用直接驅(qū)動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單、效率高，雖然成本高，但是優(yōu)點(diǎn)也很多，所以未來永磁同步發(fā)電機(jī)將成為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主流。
2風(fēng)力發(fā)電原理
風(fēng)力發(fā)電的原理是把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行輸出。具體過程是通過風(fēng)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使發(fā)電機(jī)內(nèi)部線圈旋轉(zhuǎn)切割磁場(chǎng)，最終產(chǎn)生感應(yīng)電流，并被儲(chǔ)能裝置以電能的形式儲(chǔ)存起來。通常風(fēng)力發(fā)電機(jī)由風(fēng)輪葉片、低速軸、高速軸、風(fēng)速儀、塔架、發(fā)電機(jī)、液壓系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)等部件組成。其中，風(fēng)輪是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，根據(jù)風(fēng)向的變化調(diào)節(jié)風(fēng)輪方向，可以最大限度地利用風(fēng)能。塔架是連接支撐風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的支架，其高度是由周圍地勢(shì)和風(fēng)輪大小決定的，以確保風(fēng)輪的正常運(yùn)行。發(fā)電機(jī)是將風(fēng)輪產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。
在風(fēng)機(jī)構(gòu)造中，定義風(fēng)輪葉片尖端線速度與風(fēng)速之比為葉尖速比，是風(fēng)機(jī)的重要參量，其大小是影響風(fēng)機(jī)功率系數(shù)的重要參數(shù)。通過設(shè)計(jì)風(fēng)輪的不同翼型和葉片數(shù)，可以改變?nèi)~尖速比。風(fēng)機(jī)組的功率調(diào)節(jié)是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)手段，其主要方式包括定槳距失速調(diào)節(jié)、變槳距失速調(diào)節(jié)和主動(dòng)失速調(diào)節(jié)三種。定槳距失速調(diào)節(jié)將風(fēng)機(jī)葉片和輪轂固定，葉片頂角不能隨風(fēng)速進(jìn)行調(diào)整，其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，風(fēng)機(jī)輸出功率隨風(fēng)速而變化，因此在低風(fēng)速下其利用率較低。變槳距調(diào)節(jié)是通過改變槳距角調(diào)整風(fēng)能的轉(zhuǎn)化效率，盡可能的提高風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率，使風(fēng)機(jī)輸出功率保持平穩(wěn)。主動(dòng)失速調(diào)節(jié)是通過葉片主動(dòng)失速來調(diào)節(jié)輸出功率。當(dāng)風(fēng)速低于額定風(fēng)速時(shí)，通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控;當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速時(shí)，變槳系統(tǒng)通過增加葉片攻角使葉片失速，從而限制風(fēng)輪的吸收功率。
3解決我國風(fēng)力發(fā)電面臨問題的舉措
針對(duì)我國當(dāng)面風(fēng)力發(fā)電技術(shù)面臨的一系列問題，需要采取相應(yīng)措施來提高我國風(fēng)電技術(shù)水平。首先，需要加大研發(fā)和管理力度，促進(jìn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，不能過分依賴產(chǎn)品和技術(shù)進(jìn)口，要建立完善的人才培養(yǎng)機(jī)制，積極創(chuàng)新，研發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的風(fēng)電技術(shù)。其次，由于我國風(fēng)力資源分布不平衡，需要進(jìn)一步研發(fā)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)碾娏υO(shè)備，讓不同地區(qū)的風(fēng)電資源得到共享。同時(shí)要進(jìn)一步普及風(fēng)電給社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)帶來的益處，讓更多的人接受風(fēng)電新能源。再次，針對(duì)風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)化普及率低，國家應(yīng)制定相應(yīng)措施，鼓勵(lì)和發(fā)展風(fēng)電技術(shù)，對(duì)風(fēng)電企業(yè)實(shí)行補(bǔ)貼政策，同時(shí)要規(guī)范風(fēng)電行業(yè)市場(chǎng)化，加強(qiáng)對(duì)企業(yè)的科學(xué)管理，制定完善的經(jīng)營標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)風(fēng)電市場(chǎng)的健康有序發(fā)展。最后，安全是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)，也是保障居民人身安全的重要因素。因此必須加大風(fēng)電技術(shù)的安全管理，杜絕一切可能發(fā)生的安全隱患，在人因稀少的偏遠(yuǎn)地區(qū)增加監(jiān)控力度，密切關(guān)注風(fēng)電設(shè)備的各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)，一旦發(fā)現(xiàn)異常，要及時(shí)處理。
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結(jié)語
我國作為一個(gè)能源生產(chǎn)和消耗大國，發(fā)展清潔能源對(duì)于解決能源短缺和環(huán)境保護(hù)具有重要意義。風(fēng)電技術(shù)可以減少化石燃料對(duì)環(huán)境的污染，降低有害氣體的排放，保護(hù)生態(tài)平衡。但是當(dāng)前風(fēng)電技術(shù)還存在許多問題，因此需要分析具體問題，實(shí)事求是，制定相應(yīng)措施，優(yōu)化風(fēng)電產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，加大投入力度，促進(jìn)風(fēng)電技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1]祁和生,沈德昌.當(dāng)前國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況[J].機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量,2019,(11):14-17.
[2]李建林,高志剛,付勛波.幾種典型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對(duì)比分析[J].電源技術(shù)應(yīng)用,2019,(9):42-47.
[3]張紅濤,陳世和.高速行駛車輛驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)[J].太陽能,2019,(10):35-37.
[4]申寬育.中國的風(fēng)能資源與風(fēng)力發(fā)電[J].西北水電,2019,(1):76-81.
[5]張艷,何偉軍.我國小型風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前景研究[J].科技和產(chǎn)業(yè),2019,13(1):1-4.
[6]沈從舉,賈首星,湯智輝.風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在農(nóng)村的推廣應(yīng)用[J].機(jī)械研究與應(yīng)用,2019,26(2):86-88.
[7]張建勛.發(fā)展?jié)摿薮蟮娘L(fēng)力發(fā)電[J].科技與經(jīng)濟(jì),2019,(12):29-30.
[8]李軍軍,吳政球,譚勛瓊,等.風(fēng)力發(fā)電及其技術(shù)發(fā)展綜述[J].電力建設(shè),2019,32(8):64-72.
[9]黎發(fā)貴，郭太英.風(fēng)力發(fā)電在中國電力可持續(xù)發(fā)展中的作用[J].貴州水利水電，2019(2)：16.
[10]姚興佳，宋俊.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組原理與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2019.
[11]中國可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì).2019年中國風(fēng)電裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)[R].2019.
作者：閆海洋
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