风力发电技术发展动态.pdf

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1、第7卷第3期中国水利水电科学研究院学报Vo1．7No．32009年9月JournalofChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearchSeptetuber2009文章编号：1672．3031(2009)03—0193—06风力发电技术发展动态冯宾春，邢占清，杨锋，张金接(中国水利水电科学研究院北京中水科水电科技开发有限公司，北京100038)摘要：本文介绍了近几年风电机组研制、风资源评估及风电场发电量预报等风电技术发展动态，简要分析了其发展方向，并对我国的风

2、电开发及技术研发工作提出了建议。总的来说，陆上风电技术已经成熟，今后研究的重点将集中在进一步减小对电网冲击和环境影响以及降低风力发电成本上。海上风电技术处于快速发展阶段，海上专有机组设计、风资源评估、海上施工技术和维护策略将是未来研究的重点。我国应该在大力进行风电工程建设的同时重视风电的基础理论和技术研究。关键词：风力发电；风电机组；风资源评估；发电量预报中图分类号：TM614文献标识码：A风力发电是当今世界新能源开发利用中技术发展最快、最成熟和最具商业化开发前景的领域。根据世界风能协会报告，最近11年，全球风电

3、装机一直以30％左右的速度快速增长，总装机容量从1997年底的7480MW增加到2008年底的121188MW，其中2008年新增装机27261MW，增涨率为29％。在风电开发的推动下，相关技术也得到迅速发展，如风机设计与制造、风资源评估、风电场发电量预测预报等，并出现了一些新的研究动向。本文将对近年来风电技术发展的动态做一简单介绍。1风电机组自20世纪80年代初风机技术商业化以来，风力发电机组已经取得了很大的发展和进步，但主流设计的基本体系结构几乎没有改变，大型风电机组大多采用上风向安装、主动偏航对风和三叶片风

4、轮。风电机组一般由风轮、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等主要部件组成。1．1风轮随着风电机组向着容量更大、性能更稳定、风能利用率更高、发电成本更低的方向发展，与额定功率对应的风轮直径持续增加和叶尖速度提高，常规的叶轮设计方法、结构形式、材料选择和制造工艺均面临新的挑战。由于风轮直径的增加造成叶片的柔性增加、刚度下降和自有频率下降，从而使得叶片的空气动力特性和力学动态特性都有很大变化，同时因叶片自身重量引起的疲劳荷载的幅值也大大增加。因此推动了叶片的空气动力特性、新

5、材料新工艺应用以及控制策略的研究。在工艺上，目前真空树脂灌注成型(VARTM)已经取代手工铺层成为主流的叶片生产工艺，还出现了一种名为SCRIMPTM的新生产工艺，该工艺消除了叶片上下外壳的粘合要求。文献[6]详细研究了树脂灌注成型工艺，包括各种纤维布渗透性随纤维体积分数的变化情况，分析了叶片亚结构中的树脂流动，同时模拟分析了树脂注入孔的数量、位置对树脂填充时间的影响，并指出采用3站位注入比单端注入填充时间下降10倍左右。随着叶片尺寸的增加，传统叶片设计使得叶片重量快速增加(根据结构强度理论，叶片重量与叶片长度的

6、三次方成正比)，为此需要采用力学性能更高的材料，局部或全部采用碳纤维增强已经成为叶片收稿日期：2009—04—10作者简介：冯宾春(1971一)，四川南部人，博士，注册咨询工程师，主要从事风电、风电海水淡化和水电研究。E-mail：fbe2003@263．net一193—风力发电技术发展动态冯宾春邢占清杨锋张金接生产的一种趋势，其可以有效降低叶片重量。除了采用新的工艺、结构和材料之外，通过优化叶片气动外形、提高叶片气动性能、降低其气动载荷也是一种有效的途径。目前主要有两种发展趋势：(1)提高风轮转速，缩短叶片弦长

7、。研究表明，这种设计可以有效降低叶片和其他主要风机系统部件上的静载荷和疲劳载荷；(2)通过铺层纤维比例和角度的优化，实现风机运行时叶片弯扭耦合变形，从而改变叶片翼型的局部攻角和载荷，提高叶片的气动性能，降低发电成本。叶片设计等级和叶片根部附件对叶片重量和成本也有很大影响，文献[5]指出，Ⅲ类叶片的重量仅为工类叶片的70％左右，叶根附件的优化设计能有效减轻叶片重量，在重量减轻方面甚至能超过采用碳一玻璃纤维混合的效果。另外，人们还开展了一些与叶片设计相关的基础性研究工作。文献[7]现场测试研究了风电场中因风机尾流引起

8、的风速分布变化和湍流强度增加而增加的作用在叶片上的疲劳荷载和极端荷载，并对传统叶片载荷计算模型提出了改进建议。文献[8]主要从气动弹性方面对叶片设计进行了研究，并指出，通过增加叶尖小翼可减小叶片诱导阻力，使得风轮功率最大增加1．4％。同时，该文献建立了风机远下游尾流模型。对叶根区域的研究显示，功率效率局部可以增加到明显超过贝兹极限，但风轮总的功率效率不能超过贝兹极限。当包