我国风力发电的现状及前景
摘要：随着十二五计划的实施和发展，我国的风力发电产业也步入了极速发展的时期。本文从分析我国风力发电的现状着手，在研讨风力发电技术发展的前提下，对我国风力发电的前景进行探讨。
关键词：风力发电，技术发展，现状，前景
1.我国风力发电的现状
从控制系统的实现来说，由19 世纪末第一台现代风力发电机组在丹麦诞生，到20 世纪80 年代初，风力发电机组电气控制系统得以实现，但仍局限于采用模拟电子器件。到了80 年代中后期，随着计算机技术的发展及其在控制领域的应用，出现了基于微处理器的风力发电机组电气控制系统。步入90 年代，随着微处理器在电力电子、数据采集、信号处理、工业控制等领域的广泛应用，风力发电机组的电气控制系统往往采用基于单板机、单片机或可编程控制器的微机控制。
我国的风力发电始于20世纪50年代后期。自上世纪80年代中期引进55kW容量等级的风电机投入商业化运行开始，经过二十几年的发展，我国的风电市场已经获得了长足的发展。到2009年底，我国风电总装机容量达到2601万kW，位居世界第二，2009年新增装机容量1300万kW，占世界新增装机容量的36%，居世界首位[1,2]。可以看出，我国风电产业正步入一个跨越式发展的阶段，而 2010年我国累计装机容量已达44733.29万kw。
从技术发展上来说，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。
2.风力发电的技术发展
风力发电技术是涉及空气动力学、自动控制、机械传动、电机学、力学、材料学等多学科的综合性高技术系统工程。目前在风能发电领域，研究难点和热点主要集中在风电机组大型化、风力发电机组的先进控制策略和优化技术等方面。
A 风力发电机组机型及容量的发展
目前主流的三大风电机组是：笼型双速变极异步发电机组、绕线式双馈异步发电机组和永磁直驱同步发电机组。风力发电机单机容量也不断向大型化发展。从20世纪80年代中期的55kW容量等级的风电机组投入商业化运行开始，至1990年达到250kW，1997年突破1MW，1999年即达到2MW。进入21世纪，兆瓦级风力机逐渐成为国际风电市场上的主流产品。2004年德国Repower即研制出第一台5MW风电机，Enercon式6WM风电机，预计2013年单机容量将突破15MW[1,3]。
B 风力发电机组的控制系统
控制技术是风力发电机组安全高效运行的关键技术[5,6]，原因是自然风速的大小和方
向随着大气的气压、气温和湿度等的活动和风电场地形地貌等因素的随机性和不可控性，这样风力机所获得的风能也是随机和不可控的。此外，风力资源丰富的地区通常环境较为恶劣，在海岛和边远的地区甚至海上，人们希望分散不均的风力发电机组能够无人值班运行和远程监控。这就对风力发电机组的控制系统可靠性提出了很高的要求。
控制系统需要监测的主要参数包括以下几个方面： ① 电力参数——电网三相电压、发电机输出的三相电流、电网频率及发电机功率因数等；② 风力参数——风速、风向；③ 机组状态参数——转速（发电机、风轮）、温度（发电机、控制器、轴承、增速器油温等）、电缆扭转、机械刹车状况、机舱振动、油位（润滑油位、液压系统油位）；④ 反馈信号——回收叶间扰流器、松开机械刹车、松开偏航制动器、发电机脱网及脱网后的转速降落信号。
目前绝大多数风力发电机组的控制系统都选用集散型或分布式（DCS）工业控制计算机。有各种功能的专用模块可供选择，可以方便地实现就地控制，许多控制模块可直接布置在控制对象的工作点，就地采集信号进行处理；同时DCS 现场适应性强，便于控制程序现场调试及在机组运行时可随时修改控制参数。
近年来，随着智能控制技术的日渐完善和发展，许多人也将其应用于风力发电控制系统中。
将神经网络控制方法用于风力发电系统的控制过程，以克服微机控制过程中存在的系统模型的非线性和复杂性，使系统达到最优控制效果[4]。 模糊理论得出最优蓄电池电压过控制作为发电机负荷的蓄电池电压来控制发电机出力，从而有效地把风能转换为电能[7]。 应用遗传算法和模糊理论设计风力发电机变桨距控制器，利用遗传算法简单高效的寻优特点对模糊控制器的结构和参数进行优化设计[8]
3.存在的问题及前景
我国的风力发电在发展的过程也暴露了许多问题
如新产品未经严格考核就上批量上工程，造成浪费。目前我国风电机组制造企业有５０多家，多数是引进技术未经认真消化吸收就急于批量生产，由于风电机组市场需求发展很快，新产品组装后未经严格考核，就有企业找上门来订货，生产企业为了占领市场就急于扩大生产上批量，上工程，出现产品质量问题就不断进行维修，有的还需反复吊装更换零件，长时间不能正常运行，设备效益难以发挥，同时造成人力物力大量浪费。其此是重复引进，同水平竞争，风险加大。随着风电的快速发展，风电机组市场需求增长很快，有实力的装备制造企业，蜂拥进入风电机组的开发。新进入的企业缺乏经验和自主研发能力，急于进入，多数为引进许可证生产，国外雷同机型多家引进，造成国内企业在同一水平上进行竞争。最后，我国风电的技术标准和规范不健全，包括风机制造、检测、调试、关键零部件生产及电场入网等相关标准亟需建立和完善。
根据我国风电发展预测，到2020年底全国总装机规模达到12000万kw，到2050年底，全国风电总装机规模到50000万kw，风电规模化发展，使各项技术经济指标进一步增强。风电企业的竞争力和盈利能力明显增强。2020年以后化石燃料资源减少，火电成本增加，风电具备市场竞争能力，发展更快。2030年水电资源也大部分开发完，海上风电进入大规模开发时期，很可能形成东电西送的局面。风电以其良好的环境效益和逐步降低的发电成本，必将成为本世纪中国的重要电源。
参考文献：
[1] 陈永祥,方征.中国风电发展现状、趋势及建议[J].科技综述，2010(4)：14-19.
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[4] 姚兴佳, 曾小明. 基于神经网络的风力发电控制系统[J]. 控制与决策, 1997, 7: 482-486.
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[8] 王松, 姚兴佳. 遗传算法在变桨距风力发电控制系统中的应用[J]. 新能源, 2000, 22(12): 48-51.
