储能式发电机在风力发电中应用及发展

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1、储能式发电机在风力发电中的应用及发展摘要：简述了风力发电的现状及瓶颈，提出储能技术是克服其瓶颈的手段之一。讨论了储能式发电机及其与风力机的匹配问题，最后展望了储能式发电机的发展前景。　　　　1、风力发电的现状与风电发展的瓶颈　　　　当前像立式电风扇那样的水平轴螺旋桨式风力机在全中国遍地竖立起来了，在网络上看到：“2005年，中国还只有50万kW的风电装机容量，但在当年《可再生能源法》实施之后，风电产业连续4年实现新增装机容量翻番，2008年中国风电装机1221万kW，已成为亚洲第一、世界第四的风电大国，仅排在美国、德国、西班牙之后。”这

2、就看到国家的政策威力是如何之大，同时也看到了企业是多么渴望发展。网络上还说“风电不稳定而且成本高，这影响到风电并网，世界能源理事会中国国家委员会副秘书长李隆兴说，风电并网最大的问题在于风电具有不稳定性和不可控性，风电上网成本要高于火电和水电，因此对电网来说，风电不是好电。这也就增加了风电并网的难度。”这里说到了风电两个根本的薄弱点：成本和稳定性。关于成本，最近网上说多数新成立的风电公司都是从国外购买水平轴螺旋桨式风力机的图纸，而水平轴螺旋桨式风力机又不是风能利用率很高的风力机（请看笔者的“垂直轴流体动能转换装置”一文，上网输入此名称即能

3、查到），制造成本高效率又低，发出来的电的电价自然就高了。令人感到遗憾的是我国偏偏就是有那么多的企业，宁可大量重复投资、追逐蝇头微利也不愿冒些风险去争取更先进更高效的新技术、新产品带来的第一桶金。一些企业家对于在自己的产品上打上“madeinchina”（中国制造）非常满足甚至还有些沾沾自喜，殊不知买来的图纸生产其实是在替外国人打工。真正应当令我国的企业家感到骄傲不应当是“madeinchina”而应该是“designinchina”(中国设计)和“creationinchina”(中国创造)。要想自立于世界民族之林，不提倡中国制造和中国

4、发明肯定是不行的。至于风电的不稳定性，则是因为风速的多变引起的。风电必须上网才有意义，但电网是有技术指标的，你发出来的电忽高忽低，时而还频率不稳，人家怎么用你的电，风电不稳定事实上已经成为我国风电事业发展的瓶颈。　　　　现在大量的水平轴螺旋桨式风力机是生产出来了，全国上下也都竖立起这些水平轴螺旋桨式风力机来了，但矛盾也随之而来了，上网难，上不了网就赚不到钱，就亏本、还不了贷款就得负债。　　　　2、储能技术是克服瓶颈的手段之一　　　　当前，在风力机用发电机方面最前卫的当推“双馈异步发电机”了，这是一种在风力机输出轴上增设一个附加旋转磁场，

5、这个附加旋转磁场的转速，或称频率是可控的，可使风力机输出轴的转速加上附加磁场的转速之和等于工频（或是1/2、1/4、、1/8工频，视直驱式发电机的磁极对数），从而保证了安装在不动的基础上的发电机定子发出频率稳定的交流电，因为，旋转式风力机要保持最高的风能利用率，就必须保证尖速比为最佳尖速比，而尖速比是风力机转子转速与风场风速的一个比值，风场的风速是不稳定的，而要求尖速比不变，这就意味着要求风力机转子的转速必须随着风速的变化而变化。因此用双馈异步发电机就能够解决上网中交流电的频率保障问题。　　　　用了双馈异步发电机，风能最高利用率保障了，

6、输出频率也保障了，但穿过风力机叶片扫掠面积的风能功率，或者说风力机截获风能并保持以最高的利用率向发电机输入轴输出的机械功率都是与风速的3次方成正比的（见图1最上部的计算公式），这就是说风速变化1倍（如加大到2倍），发电机输入轴输入的功率变化将达到8倍。这意味着发电机发出来的电力变化的相对幅度扩大了。也就是说双馈异步发电机只解决了效率与频率的问题，却不能解决输出电力的稳定性问题。　　　　对付电流波动的问题，在小功率情况下，人们是有办法的。即使输出的直流电波动小些的办法是加设滤波电容，因为滤波电容有削峰填谷的作用。交流电经过二极管的整流，变

7、成了波动很大的直流电，波动很大的直流电还不能用，因为它会造成噪声背景和破坏电子电路的正常工作。因此必须滤波，经过滤波，波动的直流电波形大大减小了，这主要是因为电压高时，电容吸收电流，抑制了输出电压的上升，而当电压低于平均值时，电容又放出电流，使输出电压不至于迅速下降，因此输出的直流电平稳多了。　　　　用电容能抑制波动，然而在风力发电上也用电容不行，因为这要用太多的电容，造价高占地广不说，而且性能稳定可靠容量足够大的电容在技术上也不容易做到。如果大功率电力也能够储能，对于风力发电机来说，就能够克服风电上网的最顽固的不稳定瓶颈。　　　　图1

8、是描述带有储能器的风力发电机平缓风电波动的原理图。　　　　　图１储能器平缓风电波动的原理　　　　图1中有3个坐标系，横坐标都是时间坐标，并且3个坐标系是对应的。最上边的纵坐标是风速，它反映了自然界风速的变化