风能的物理论文

中国风力发电潜力巨大中科院专家提出：风能、太阳能、潮汐能的开发可以有效缓解中国的能源供应困局，其中产业化条件最为成熟的首推风力发电。中国风力发电已经历20年漫长的“试验期”，而风力发电的产业化举步维艰，大大小小的风电场遍布全国，几乎各省都有，却并不成气候。据统计，到去年年底，全国共有43个风电场，分布在14个省（区、市），总装机容量万千瓦。刘应宽说，按照目前的发展势头，到今年年底，全国风电装机容量将肯定超过100万千瓦。而早在1995年，原国家电力部就提出，到2000年中国风机规模要达到100万千瓦，这一时间表整整推迟了5年。随着近年煤炭、石油等常规能源的全面紧张，清洁环保的可再生能源驶入发展的快车道。《京都议定书》的签订和《可再生能源法》的出台，为风电迅速成长注入蓬勃动力。在各种可再生能源中，风能因资源丰富、成本相对较低而最具商业化、产业化前景。政策的驱动，以及利益的诱惑，吸引着嗅觉敏锐的企业纷纷投资风电。据不完全统计，包括五大发电集团在内的全国30多家企业已争相涉足这一领域，总投资超过100亿元。按照国内目前的行业平均水平，每千瓦风电装机容量的成本为8000－10000元，与造价约4000元／千瓦的煤炭、石油等常规能源电厂相比，风电场的造价大约高出1倍。目前，每度风电的成本约为－元。研究表明，风力发电能力每增加一倍，成本就会下降15%。由于近年世界风电增长一直保持在30%以上，风电成本快速下降，国外已日趋接近燃煤发电成本。此外，风电外部成本几乎为零，甚至低于核电成本，因此经济效益凸现。随着中国风电设备国产化和发电的规模化，风电可望比燃煤发电更具成本和价格优势。在风电场急速增长的带动下，风电设备制造正呈现出巨大的市场空间。按照中国远期规划（2020年风电装机2000万千瓦）和每千瓦8000－10000元的造价，每年风电设备市场容量约为97亿－122亿元。即使考虑国产化程度提高而导致的价格下降，平均每年的市场容量也应保持在70亿元以上。在可预期的巨大市场空间面前，中国风电设备制造企业将迎来难得的发展机遇。同样看到这个巨大市场的，还有来自欧洲的跨国风电设备制造企业。由于起步早，技术先进，欧洲企业占据着全球风电设备市场的绝大部分市场份额，中国市场也不例外。由于看到中国市场的巨大需求，欧洲各大风电设备制造企业纷纷提高产品售价，并严格控制技术转让。有资料显示，过去3年间，进口风电设备的价格上涨了20%以上。面对风电的商机与困惑，有关专家提出，已具产业化条件的中国风力发电迟迟不能迈出关键一步，最重要的原因在于：由于电价、关税、贷款、税收等优惠政策与扶持措施不到位，风电产业化从市场这个“源头”被束缚住了。中国的风力发电产业化，只能从做大风电市场破题。应该促进可再生能源立法，打破电力市场的地区分割，解决风电在全国摊销的关键难题，同时辅以信贷、税收、消费等方面的鼓励政策，从而引导更多的投资进入风电产业，进而借鉴彩电、汽车等行业的国产化方式，以市场来推进风力发电设备制造、研发的国产化。

我国东南沿海地区风能资源较丰富，年平均风速为4m/s。这些地区乡镇工业发展迅速，用电量较大，常规能源贫乏，部分电网通达的地方缺电也较严重。为满足农田灌溉、水产养殖和盐场制盐等低扬程大流量提水作业的需要，当地用户已在使用一些低扬程风力提水装置。如福建省莆田地区利用风力提水制盐，天津市郊区利用风能排咸和育苗，山东省新泰市的风力—空气泵农田灌溉等，都取得了一定的经济效益。在上述地区推广应用风力提水机组，对农业、渔业和副业生产的发展具有重要的意义。另一方面，我国内陆风能资源较好的区域，如内蒙古北部、甘肃和青海等地的年平均风速为4~6 m/s，3~20 m/s的风速累计4000~5000h/年。这里是广大的草原特区，人口分散，难通电网。利用深井风力提水机组为牧民和牲畜提供饮水或进行小面积草场灌溉，对于改善当地牧民的生活、生产条件具有明显的社会效益。此外，甘肃、新疆北部及松花江下游也属于风能丰富区，适合发展风力提水。我国从20世纪80年代初就把小型风力发电作为实现农村电气化的措施之一，主要研制、开发和示范应用小型充电用风力发电机，供农民一家一户使用。目前，1 kW以下的机组技术已经成熟并进行大量的推广，形成了年产1万台的生产能力。近10年来，每年国内销售5000~8000台，100余台出口国外。目前可批量生产100、150、200、300和500W及1、2、5和10 kW的小型风力发电机，年生产能力为3万台以上，销售量最大的是100~300W的产品。在电网不能通达的偏远地区，约60万居民利用风能实现电气化。截至1999年，我国累计生产小型风力发电机组18 .57万台，居世界第一。我国大型风力发电机组的研究制造工作正在加快发展。中国一拖集团有限公司与西班牙电力公司美德（MADE）再生能源公司成立的一拖—美德（MADE）风电设备有限公司，西安航空发动机公司与德国恩德（NORDEX）公司成立的西安维德风电设备有限公司分别生产了1台660 kW600 kW的主发电机组，并已经安装在辽宁营口风电场并网发电运行。这两台机组的国产化率达到40%。另外，浙江运达风力发电设备厂在生产200 kW风力发电机组的基础上又生产出了4台250 kW风力发电机组，安装在广东南澳风场运行，这是我国具有自主知识产权、运行状况最好的机组。风力发电场继续增多，装机容量继续增加。从我国风电场的建设历史来看，1986年4月由航空部和山东省计委拨款建设的第一个风电场在山东荣城发电后，全国各地陆续引进机组建设风电场，装机容量逐年增加。1990年累计装机4000 kW，最大的机组单机容量为200 kW；1993年累计装机万kW，单机最大为500 kW；1995年累计装机3 .75kW；到1997年底全国风电场装机433台，容量达到16 .67万kW，单机最大为600 kW；1998年总装机容量达到万kW；1999年达到万kW。风力发电机组单机容量逐年加大。风电场内安装的国产机组主要有两种：一种是科技攻关的样机或后续生产的几台机组，由于技术和质量问题，需要继续改进；另一种是与国外厂商合作生产的，有些部件用国产的替代基本上能够正常运行。进口机组多是较成熟的商品机组，可靠性高，这种机组主要有变桨距调节型和定桨距失速调节型两种，单机容量在1996年以前是150~300 kW，后来安装的主要是600 kW级机组。

随着科技的不断进步与发展，风电技术越来越受到企业及研究人员的重视，下面我整理了风力发电机技术论文，欢迎阅读!

风电储能技术分析与研究

[摘 要]本文首先概述了风力发电储能技术，然后详细阐述了风力发电储能技术的具体应用。随着我国对于能源需要的不断增大，风能的作用也就显得越来越重要了。因此，研究风力发电系统中储能技术就具有非常重大的现实意义。

[关键词]风力;发电系统;储能技术;

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1009-914X(2015)15-0376-01

一、前言

随着科技的不断进步与发展，风电储能技术越来越受到企业及研究人员的重视，本文着重就该部分内容进行了研究。

二、风力发电储能概述

能源是整个世界经济发展的重要基础，人类社会的发展与能源开发利用是息息相关的，人类历史上每次使经济产生质的飞跃都是从新型能源的利用开始的。经济的发展对能源的需求量越来越多，而今使用的传统化石能源消耗速度远远大于自然自身补给速度，从而导致传统能源逐渐趋于枯竭，同时由于能源的不合理开法和利用所排放的有害气体导致环境破坏日益严重。从社会的可持续发展战略来看，开发和利用可再生能源替代传统化石能源是能源结构调整的重要发展方向。因此，世界各国必须寻求一种可再生能源来代替日益匮乏的传统化石能源，在过去的半个多世纪，储量丰富、分布广泛、无污染、使用便利的风能已经受到极大的关注，并被确认为最有前途的替代能源。随着人类对风能的开发和利用，风力发电市场迅速发展起来，进入 20 世纪九十年代以来，世界各国掀起了风力发电应用的新浪潮，风力发电在全球范围内得到前所未有的发展。

我国风能资源丰富、分布广泛，主要分布在新疆、内蒙古等北部地区和东部沿海地区及附近岛屿，这些地区工业污染和能源紧缺问题也比较严重，风电并网的开发利用成为解决这一问题的重要策略之一。但是由于风能的间歇性和随机性，风电功率随着风速大小变化而随机波动，尽管大电网允许一定容量波动的风电功率并网，一旦超过一定容量，其功率的波动就影响电网运行的稳定性，随之带来谐波污染、闪变等影响电能质量，为保证电网运行的可靠性和电能质量的优质性，电网不能接纳超过一定容量的风电电能，从而导致无法并网的风电被舍弃，这一状况严重阻碍了我国风电的大规模发展。据国家电监会公布的《风电、光伏发电情况监管报告》和电科院关于电网接纳风电能力的论证报告，可知目前我国大规模风电并网和电网接纳的矛盾日益突出。

三、风电储能技术

现有的储能技术主要包括物理储能、化学储能、电磁储能和相变储能等四种类型。物理储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等，电磁储能包括超导磁储能(SMES)和超级电容储能等，化学储能包括铅酸电池、锂离子电池和钠硫电池等，相变储能包括冰蓄冷储能和相变建筑材料储能等。各种储能的功率/能量特性及其适应范围不同。需要说明的是，与其他储能方式相比，相变储能并非以电能形式释放存储的电能，且其功率/能量等级涉及的因素很复杂，因而此处不予讨论。但是，随着智能电网的推进，其将在需求侧管理(DSM)方面发挥重要作用。

根据不同储能方式的能量/功率等级、响应速度、经济性等特点，其可应用于电力系统的削峰填谷、调频/调峰、稳定控制、改善电能质量乃至紧急备用电源等不同场合。

四、风力发电储能技术的具体应用

1、利用储能系统增强风电稳定性

增强电力系统稳定性的根本措施是改善系统平衡度，储能系统能够快速吸收或释放有功及无功功率，改善系统的有功、无功功率平衡水平，增强稳定性。针对电压稳定性问题，储能系统改善电压稳定性并增加系统的风电接入容量问题，但该文仅对储能系统做了理想的假设，缺乏有效的动态仿真及理论分析。利用超导储能和超级电容储能系统增强风电稳定性的问题，设计了相应的控制策略，结果显示，超导储能和超级电容储能系统均能有效降低风电并网PCC的电压波动，平滑风电机组的有功输出，增强系统稳定性。频率稳定性问题的研究主要集中在储能系统平滑风电输出功率方面。研究表明采用超导储能系统改善频率稳定性问题，仿真结果表明，超导储能系统在文中既定的条件下使得系统的最大频率偏差从降为，有效改善了系统的频率稳定性，且超导储能系统容量越大系统频率偏差越小。

2、利用储能系统增强风电机组LVRT功能在风电机组比例较高的电力系统中，LVRT是影响系统稳定性的关键因素之一。通过对有、无LVRT功能的风电机组在故障情况下的电网电压恢复情况的比较，结果显示，有LVRT功能的风电机组并网能够有效解决风电并网所产生的电压稳定性问题，有利于系统稳定性的增强。

3、利用储能系统增加风电穿透功率极限

不同电网，限制WPP水平的主导因素不同，采用的储能系统也不同。很多研究人员探讨了采用飞轮储能、电池储能和超导储能系统增加WPP的问题，结果表明，这3种储能系统都能有效增加系统的WPP，并能改善PCC的电压波动性，在冬季大方式和夏季小方式两种极端工况下，频率偏移和线路功率约束是限制WPP的主要因素。

4、利用储能系统优化风电经济性

随机波动的间歇性风电接入电网，将导致系统备用容量增加，系统运行经济性降低。合适的储能系统能够有效解决这一问题，实现电网与风电场的双赢。此外，在电力市场环境下，风电的竞争力较差，采用储能系统配合风电场运行，能够实现风电效益最大化。

五、风电储能展望

受自然条件限制，可再生能源发电具有很大的随机性，直接并入电网会对系统造成一定的冲击，增加系统不稳定的因素。因此，通过研发高效储能装置及其配套设备，与风电、光伏发电机组容量相匹配，支持充放电状态的迅速切换，确保并网系统的安全稳定已成为可再生能源充分利用的关键。

储能技术将在平抑、稳定风能发电或太阳能发电的输出功率和提升新能源的利用价值方面发挥重要作用。风电、光伏等可再生能源发电设备的输出功率会随环境因素变化，储能装置可以及时地进行能量的储存和释放，保证供电的持续性和可靠性。在风力发电中，风速的变化会使原动机输出机械功率发生变化，从而使发电机输出功率产生波动而使电能质量下降。应用储能装置是改善发电机输出电压和频率质量的有效途径，同时增加了分布式发电机组与电网并网运行时的可靠性。分布式发电系统可以与电网连接，实现向电网的馈电，并可以提供削峰、紧急功率支持等服务。而一些可再生能源分布式发电系统，受环境因素的影响较大，因此无法制订特定的发电规划。

针对变速风电机组设计了附加频率控制环节进行研究，分别通过对转子和风轮机的附加控制，使得DFIG对系统的一次调频有所贡献。针对这些控制方案将降低风电机组效率的缺陷，采用飞轮储能系统辅助风电机组运行，通过对飞轮储能系统的充放电控制，实现平滑风电输出功率、参与电网频率控制的双重目标，并通过仿真验证了方案的可行性。

六、结束语

加强对风电储能技术的研究，可以使风电储能更加完善，使风能发电更加实用，是非常具有现实意义的研究。

参考文献

[1] 王涛.浅析风电储能技术[J].清洁能源.2013(3)：166-168.

[2] 盛文仲.浅谈风电储能技术[J].电力系统保护与控制.2012(3)：16-18.

[3] 王文鹏.风电储能技术分析[J].电网与清洁能源.2013(6)：66-69.

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