风电技术的发展趋势

　　     单机容量增大 在过去２０年中，涡轮风机的典型装机容量从５０ｋＷ增加到７５０ｋＷ。随着技术逐渐成熟，多样化的设计概念也逐渐走向统一。由于风力场中所采用的大的涡轮风机比小的更加经济，因而风机的容量不断增加。涡轮风机的容量将继续增大。一些制造商已经开发出了１０００～２０００ｋＷ级别的涡轮风机。而且，随着风机容量的增大，其中必然要采用一些新的复合材料和新的技术。 大型机器更适合滨海风力场，在人口密度较高的国家，随着陆地风力场利用殆尽，滨海风力场在未来的风能开发中将占有越来越重要的份额。     风电机桨叶的变化 单机容量不断增大，桨叶的长度也不断增长，目前２ＭＷ风机叶轮扫风直径已达７２ｍ。目前最长的叶片已做到５０ｍ。现有的大部分涡轮风机大都具有３个叶片，只有极少数涡轮风机还是只有２个叶片的类型，而且这种涡轮风机的数量还在进一步减少之中。涡轮风机技术现已是足够成熟，机器的可靠性极高，可利用率通常在９８％～９９％之间。桨叶材料由玻璃纤维增强树脂发展为强度高、质量轻的碳纤维。桨叶也向柔性方向发展。 早期的一些风机桨叶是根据直升机翼设计的，但风机的桨叶是运行在与直升机很不同的空气动力环境中。对叶型的进一步改进，增加了风机捕捉风能的效率。例如，在美国国家再生能源实验室开发了一种新型叶片，比早期的一些风机桨叶捕捉风能的能力要大２０％。因此在丹麦、美国、德国等风电技术发达国家，有许多专业研究人员都在利用较先进的设备和技术条件致力于新叶型的从理论到应用的开发研究。 风电界普遍认为，风电机组的风轮直径或扫风面积比额定容量更能反映风电机组的特性，而风电机组的风轮直径与额定容量并不是一一对应的，它们之间的对应关系见表２－５。 　　　　　　　表２－５　风电机组的风轮直径与额定容量的对应关系

项目	风轮直径／ｍ	扫风面积／㎡	额定功率／ｋＷ
小型	0～8	0～50	0～10
	8.1～11	50.1～100	10～25
	11.1～16	100.1～200	30～60
中型	16.1～22	200.1～400	70～130
	22.1～32	400.1～800	150～330
	32.1～45	800.1～1600	300～750
大型	45.1～64	1600.1～3200	600～1500
	64.1～90	3200.1～6400	1500～3100
	90.1～128	6400.1～12800	3100～6400

    塔架高度上升 在中、大型风电机的设计中，采用了更高的塔架，以捕获更多的风能。在地处平坦地带的风机，在５０ｍ高度捕捉的风能要比３０ｍ高处多２０％。     控制技术的发展 　　尤其值得注意的是，随着电力电子技术的发展，近几年来发展了一种变速风电机。其取消了沉重的增速齿轮箱，发电机轴直接连接到风机轴上，转子的转速随风速而改变，其交流电的频率也随之变化，经过置于地面的大功率电力电子变换器，将频率不定的交流电整流成直流电，再逆变成与电网同频率的交流电输出。由于它被设计成在几乎所有的风况下都能获得较大的空气动力效率，从而大大地提高了捕捉风能的效率。试验表明，在平均风速６．７ｍ／ｓ时，变速风电机要比恒速风电机多捕捉１５％的风能。同时，由于机舱质量减轻和改善了传动系统各部件的受力状况，可使风机的支撑结构减轻，基础等费用也可降低，运行维护费用也较低。这是一种很有发展前途的技术。     海上风力发电 发展海上风电场也成为新的大型风机应用领域而受到重视。丹麦、德国、西班牙、瑞典等国都在计划较大的海上风电场项目。由于海上风速较陆上大且稳定，一般陆上风电场平均设备利用小数为２０００ｈ，好的为２６００ｈ，在海上则可达３０００ｈ以上。为便于浮吊的施工，海上风电场一般建在水深为３～８ｍ处，同容量装机，海上比陆上成本增加６０％（海上基础占２３％、线路占２０％；陆上仅各占５％左右），电量增加５０％以上。
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