简述风力发电系统的管理

摘　要：随着人类对生态环境的要求和能源的需要,风能的开发日益受到重视.本文从风力发电的概况入手,比较详细的介绍了风力发电的优点及局限性,并重点介绍了恒速／恒频发电系统、变速／恒频发电系统和小型直流发电系统的管理情况.

关 键 词 ：风力发电系统 风能 发展和利用

1.风力发电的概况

任何现代社会的发展都离不开能源的供应,而能源供应的主要形式是电力供应,因此,一个现代社会的发展程度与这个社会电力能源的供应与消耗情况是密切相关的.在现代社会里,工业用电量及民用电量随着社会发展不断地快速增加,使得人类对化石类燃料的依赖程度达到了史无前例的地步,也对人类赖以生存的地球环境造成极大伤害.目前全世界使用的能源有百分之九十取自化石燃料:煤炭、石油和天然气,它们经历了上亿年的时间才得以形成,因此不可再生,随着人口增加和经济增长等因素导致能源需求不断上升,化石燃料储量很可能会加快萎缩,并最终枯竭.按照目前全世界对化石燃料的消耗速度计算,这些能源可供人类使用的时间大约还有几十年或者上百年.从环境方面来看,燃烧化石燃料,会产生诸如二氧化硫、微粒等空气污染物,加剧烟雾、酸雨的形成,特别是二氧化碳气体急剧增加,温室效应大大增强,开始形成全球性气候变暖的趋势.如果大气温度上升超过一定临界值,可能导致气候突变,使得某些地区气温急剧升高,某些地区气温急剧下降,给整个人类社会带来毁灭性灾难,对自然环境和人类生活将造成不可逆转的破坏.面对早晚必将到来的能源危机与减缓地球环境恶化的双重压力,世界各国都在积极寻求发展可替代能源,探索可持续发展的能源战略.

风是人类最熟悉的一种自然现象,风无处不在.太阳能辐射造成地球大气层表面受热不均,引起大气压力分布不均.在不均压力作用下,空气沿水平方向运动就行成风.世界风能总容量为21013W,大约是世界总能量的3倍.如果风能的1%被利用,则可以减少世界3%的能源消耗；风能用于发电,可产生世界总电量的8%～9%.风能是一种无污染的可再生能源,它取之不尽,用之不竭,分布广泛.随着人类对生态环境的要求和能源的需要,风能的开发日益受到重视.风能是一种最具活力的可再生能源.风力发电时二十一世纪重要的绿色能源,也是化石能源的重要替代能源之一.加快发展风力发电,是世界许多国家解决能源可持续发展利用的重要举措.

但是风力发电真正得到发展则是始于上个世纪70年代世界的石油危机,美国、西欧等发达国家为寻求替代化石燃料的能源,投入了大量经费,利用计算空气动力学、结构力学和材料力学等领域的新技术研制现代风力发电机组,开了风能利用的新时期.目前,商品化的并网型风电机组,单机容量已由上个世80年代的几十KW发展到最大单机容量MW级.目前美国的风电装机容量仅次于天然气,连续三年领先世界；欧盟将风能当做新能源领头羊,风电装机容量占了新增发电装机的4成；国外其他国家的风电发展也十分迅速.截止到2008年12月底,全球的总装机容量已经超过了1.2亿千瓦.2008年,全球风电增长速度达到28.8%,新增装机容量达到2700万千瓦,同比增长36％.2008年,欧洲、北美和亚洲仍然是世界风电发展的三大主要市场,三大区域新增装机分别是：887.7、888.1和858.9万千瓦,占世界风电装机总容量的90%以上.从国别来看,美国超过德国,跃居全球风电装机首位,同时也成为第二个风电装机容量超过2000万千瓦的风电大国.据预测,世界风电总装机容量在2010年将超过140GW.

据初步分析,我国约有20%左右的国土面积具有比较丰富的风能资源,主要分布在东南沿海及其岛屿,西北、华北和东北“三北”地区,特别是新疆达坂城和内蒙古大草原,风能资源极为丰富.根据全国气象台风能资料估算,我国陆地可开发风电装机容量约2.5亿KW,而海上风电的可开发装机容量在7.5亿KW左右,总共可开发装机容量约10亿KW.

1986年在山东荣成建立了我国第一座并网风力发电场,中国的风力发电开始逐步发展.之后的几十年中,风电场的建设虽然取得了一定进展,但是由于资金、技术、政策和观念等各方面原因,发展速度缓慢,在认识上和研发投入上不仅远远落后于丹麦、德国等发达国家随着我国政府对开发利用可再生能源的高度重视及《可再生能源法》的颁布实施,包括风力发电、生物质能发电、太阳能光伏发电在内的可再生能源法点在近几年得到了较快的发展.风力发电作为技术最成熟、最具规模化开发和商业化发展的新能源发电方式之一,其发展速度居于各种可再生能源之首,我国风资源丰富地区的风电场建设也得到了快速发展.2008年,中国新增装机容量达到630万千瓦,使得中国的总装机容量再次翻番达到1200万千瓦,提前两年实现了国家发改委提出了2010年实现风电装机1000万千瓦的规划发展目标.为了应对金融危机,中国政府把发展风电作为改善能源结构的重要手段和新的经济增长点.最近召开的全国能源工作会议上,国家能源局也明确提出,我国风能资源丰富,具有良好的开发利用前景.要促进我国风电产业健康发展,加强风电建设管理,不断完善政策,坚持以风电特许权方式建设大型风电场,推动风电设备国产化,逐步建立我国的风电产业体.按照“融入大电网,建设大基地”的要求,从今年起,国家将力争用10多年时间在甘肃、内蒙古、河北、江苏等地形成几个上千万千瓦级的风电基地.2008年风电装机容量已经超过印度,成为亚洲第一、世界第四的风电大国,同时跻身世界风电装机容量超千万千瓦的风电大国行列.

2.风力发电的优点及局限性

风力发电之所以在全世界获得快速发展,除了能源需求增加,环保压力加大外,还因为风力发电本身具有独特的优点.归纳起风电具有下列优点[1]：

2.1风能资源丰富

据统计,全球风能潜力约目前全球用电量的5倍.美国0.6%的陆地面积安装风力发电机,便可以满足美国目前电力需求的20%.中国风力资源十分丰富,全国对10m高度的风力估算约有2.53亿KW.按可用率为2000h/年～2500h/年,可得506.0TW.H～632.5TW.h.