农村风力发电

导读：　农村风力发电(共7篇)唐建峰的菜园能发电赚钱 发电立体式菜园让他月入3000本报绍兴10月11日电（记者 金敖生） 下面种玉米，上面用光伏发电，这是绍兴上虞区丰惠镇凤鸣村农民唐建峰搞出来的——能发电的立体式菜园。 唐建峰是位电工，光伏发电的念头始于去年7月农闲时，那时他正在给一个水库施工安装光伏发电项目，“光伏发电不花钱...

篇一 农村风力发电
唐建峰的菜园能发电赚钱 发电立体式菜园让他月入3000

　　本报绍兴10月11日电（记者 金敖生） 下面种玉米，上面用光伏发电，这是绍兴上虞区丰惠镇凤鸣村农民唐建峰搞出来的——能发电的立体式菜园。

　　唐建峰是位电工，光伏发电的念头始于去年7月农闲时，那时他正在给一个水库施工安装光伏发电项目，“光伏发电不花钱就可用电，用不完还可卖给国家电网，多好呀。”

　　于是，去年7月，唐建峰尝试在父母居住房的屋顶安装光伏发电系统，装机容量15千瓦，投资10万元左右，屋顶安装光伏发电系统面积约80平方米，现在平均每月发电1000度(千瓦时)左右。

　　“光伏发电系统寿命有25年，一朝投资后，可以享受‘任性用电’的快感，想想还是值得的。”唐建峰说，他家里5口人，3台空调，加上各式家用电器，最高一个月的电费达到300多元。

　　“现在家里白天用电比较任性了，晚上会多利用峰谷电降低电费。”唐建峰向记者算了一笔账，自从光伏自发电后，如今每月除用掉自发电200度外，晚上用电每月仅200度左右，以峰值电每度0.53计算，也仅100余元电费。

　　通过并网运行后，每发一度电可获得0.62元政府补贴，同时在满足自用的需求基础上，按照每度0.45元价格卖给国家电网，这样一来，每月余电800度电左右，可获收益每月1000元左右。

　　立体利用，尝试地里种出效益

　　一块地里种出效益，也种出能源。这是唐建峰的初衷，但是这张蓝图只是他的构想，真正变成现实还有待实施。

　　最近，唐建峰从杭州日报上看到一条消息，看到长兴县一光伏农业科技公司，正在投资实施光伏农业项目，预计设施建设完成要在明年3月。这一消息仿佛点亮了他的希望，也激起他更大的信心去实践。

　　唐建峰说，他打算这段时间先去那里进行考察，同时准备先行引种光照不用太强烈的绿叶蔬菜、菌菇类进行试种。

　　“可以说，这样的光伏农业是朝阳产业，虽然现在算不得什么，但这是一种趋势，也是提高土地产出效益的模式(

　　光伏跟踪，发电效率增近一倍

　　今年7月初，唐建峰再次扩建光伏发电项目，实施农业光伏大棚项目。“我偶然间看到地头的农业大棚，想着能否在大棚顶进行光伏发电，棚下仍可以种植蔬菜，这样一来的话，立体利用农业土地，效益肯定更高。”唐建峰想着可行，便动手实施自己的蓝图项目。

　　唐建锋说，他现在先搞试验，在玉米地上安装了近100平方米的光伏大棚，并依托自己水电技术，自制开发了简易光伏跟踪设施。“说破了，就是光伏板追着日光转移朝向，吸收更多光能。”唐建峰说，这样一跟踪，发电效率增加近一倍。

　　在现场的跟踪演示中，记者看到随着他一次次按动按钮开关，离他家不远的农业光伏板会在水平方向进行120度旋转。据他介绍，这套农业光伏发电系统投入8万元，装机容量依然是15千瓦，但每月发电量达2000度左右，如今并网运行后，每月又可获2000元左右的收益。

　　唐建峰算了笔账：家里和田地的光伏发电系统，他共投入18万元，每月可收益3000元左右，5年就可收回成本，而光伏发电系统寿命有25年。也就是说，5年后，光伏发电产生的收益就是净利润了。

　　唐建峰用光伏发电掘到了摇钱树，周边的村民闻讯也跃跃欲试，有两户农民已申报了项目。。

　　作者：金敖生

篇二 农村风力发电
当前农村户用沼气推广现状及对策思考

　　一、当前农村沼气为何发展的现状

　　今年暑假期间，我随着爸妈回到农村老家---河南省平舆县东和店镇前楼村。发现近几年突然多了许多沼气池。经过了解发现，近年来，上级政府十分重视发展农村户用沼气，按照上级规定，农户每建一座沼气池，都会根据所建沼气池容积的大小，给予相应的政府补贴，农户建沼气池，几乎花不了多少钱。据老家的亲戚反应，农户建沼气池虽然有很多好处，但从目前情况看，这项工程在整个农村推广还有很大的难度。调查显示，目前在农村有九成左右的农民家中没有沼气，仅有不到一成的农民家中使用沼气。目前，在农村已经使用沼气的农户，也存在这样或者那样的问题。为了找出这种状况的原因，笔者在挣得老家村干部的同意后，进行了深入细致地调查。

　　此次调查主要是以纸质问卷、网上问卷、实地走访、考察等形式了解农村沼气的利用现状，找出农村沼气发展利用的不足之处及原因，并向当地农民提出合理化的建议。

　　数据显示，农村有九成左右没有使用沼气，仅有一成使用沼气，其中没有沼气的用户有55%不打算使用沼气，而在这一成使用沼气的农民中，又有将近50%的沼气池出现问题，可见农村沼气发展并不顺利。沼气池出现的问题有28.2%是沼气池出现漏气、漏液现象，65.76%是因为沼气池冬天不产气。

　　据调查，农村沼气池之所以存在这些问题，有93.2%是因为后续服务跟不上，资金技术不到位，原料不足，农民并没有真正掌握沼气的使用及沼气池的日常维护，50.29%是因为政府相关制度不够完善，7.41%是因为缺乏土地。除此之外，实践队队员在向当地农民咨询沼气情况利用时，他们只是说自己会用沼气灶做饭、烧水等，对其他方面却知之甚少。俗话说：三分建池，七分管理。数据显示，当地村民有87.6%疏于沼气池的日常管理与维护，他们表示并不会对沼气池进行后续管理与维修，他们缺少这方面的知识，而调查数据显示，只有7.41%的村庄附近有沼气服务站。

　　随着社会主义新农村的建设，农村新能源的开发利用也推上了议事日程，但是农村沼气在利用发展过程中却暴露出许多问题，大部分农民对沼气池的后续管理跟不上，这一点应该引起政府及广大百姓的注意。数据显示，70.37%的农民希望政府建立沼气服务站，88.89%希望政府提供相关的技术指导。

　　二、 推广应用户用沼气的意义

　　1.沼气不仅能解决农村能源问题，而且能增加有机肥料资源，提高质量和增加肥效，从而提高农作物产量，改良土壤；

　　2.使用沼气，能大量节省秸秆、干草等有机物，以便用来生产牲畜饲料和作为造纸原料及手工业原材料；

　　3.兴办沼气可以减少乱砍树木和乱铲草皮的现象，保护植被，使农业生产系统逐步向良性循环发展；

　　4.兴办沼气，有利于净化环境和减少疾病的发生。这是因为在沼气池发酵处理过程中，人畜粪便中的病菌大量死亡，使环境卫生条件得到改善；

　　5.用沼气煮饭照明，既节约家庭经济开支，又节约家庭主妇的劳作时间，降低劳动强度；

　　6.使用沼肥，提高农产品质量和品质，增加经济收入，降低农业污染，为无公害农产品生产奠定基础。 常用的物质循环利用型生态系统主要有种植业—养殖业—沼气工程三结合、养殖业—渔业—种植业三结合及养殖业—渔业—林业三结合的生态工程等类型。其中种植业—养殖业—沼气工程三结合的物质循环利用型生态工程应用最为普遍，效果最好。

　　三、户用沼气池在管护使用中最常见的问题 1.常见问题包括的三个方面：

　　农户在使用沼气或沼气池运行管理过程中，最常见的问题概括来讲，有这样三个方面：一是用户缺乏沼气池运行管理的知识，无法保证正常、持续地用上并用好沼气；二是用户对灶具等沼气配套设备的自查、保养、维修能力较弱；三是一些农户对沼气给生活带来的变化和好处认识不足。

　　2. 常见问题的具体表现和排除方法

　　（1）发酵料液偏酸或偏碱。沼气池正常产气，要求的料液酸碱度在ph=6～8之间，均可产气，以ph=6.8～7.5产气量最高。辨别的最简单方法是用眼睛去观察，当发现沼气池中的料液有点儿泛蓝色即表明料液偏酸了；如果是料液上泛起一层白色的蒙就说明料液偏碱了。a.当发现料液偏酸时，就取3～4公斤石灰兑上4～5桶清水，先充分搅匀后再直接从进料口倒入池中并搅拌，使石灰澄清液与池中的料液充分接触。b.当料液偏碱时，就用事先铡成2～3公分长的青杂草浇上猪或牛的尿液并在池外堆沤处理2～3天，再从进料口投入池中并搅拌均匀，使新加入的青杂草与池中料液充分接触，使其尽快恢复正常。

　　（2）长期以猪粪作沼气池的发酵原料，气压高却点不着火或燃烧时间短。传统的养猪习惯以粮食喂猪为主，猪粪中的碳氮比的含量为C：N=13：1，而在其它条件都具备的情况下，碳氮比的含量C：N=25～30：1才能保证正常产气，所以会出现点不着等情况。A.利用每年春秋两季大出料的时机给沼气池中加入1方牛粪。B.在平常的入料过程中加入适量的富碳原料，如：麸皮、秕壳、碎秸秆等农作物的残余物。

　　（3）发酵原料充足或料液发酵正常，但产气量不足。出现这种问题的原因是：发酵料液在池中形成沉淀或料液表面形成结壳。解决办法是：坚持经常性地搅拌沼气池发酵料液。

　　（4）沼气池及输气管路等出现漏气。沼气出现漏气有多种情况： a.输气管路等不漏气，但气压不上升且人为加压后又较快降压1个以上，沼气池发酵间漏气。剔除表面密封剂，重新粉刷2～4遍后，重新刷密封剂。b.水封圈有气泡或密封胶泥局部变黑，密封盖漏气。重新封盖，水封圈加满水，长期保证水封圈有水。c.安装沼气的房间能闻到臭鸡蛋味或硫磺味，输气管路、开关漏气或净化器‘U’型壶的密封盖破裂。用洗衣粉水查找漏气部位，更换损坏的零部件。d.只在做饭或点灯时能闻到臭鸡蛋味，脱硫剂失效。更换净化器中的脱硫剂。

篇三 农村风力发电
近年来我国风力发电的基本情况

我国风力发电的基本情况

风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2％转化为风能，但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为2.74万亿千瓦，其中可利用的风能为200亿千瓦，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。

人类利用风能的历史可以追溯到公元前，但数千年来，风能技术发展缓慢，没有引起人们足够的重视。但自1973年世界石油危机以来，在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，风能作为新能源的一部分才重新有了长足的发展。风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力，特别是对沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，有着十分重要的意义。即使在发达国家，风能作为一种高效清洁的新能源也日益受到重视。

近年来，全球风电产业一直处于持续增长态势，随着风能产业的迅猛发展，风力发电所占总发电量比例也逐渐增加。目前,全球发电需求年增长2%,而风力发电年增长量为12%。根据欧洲风能协会预测，世界风电装机2010年为2亿千瓦，2020年为12亿千瓦，2030年为27亿千瓦。届时风电将分别占世界能源总量的2.26%、12%和21%。

风电将逐渐成为主要的替代能源。在国外风电行业领域中，美国的主流机组为1.5兆瓦，一些欧洲国家则达到1.5-2.5兆瓦，兆瓦级风力发电机组在国外已较为普及，部分技术发达国家已经开始进行对3-4兆瓦的大型风电机组的研究。风场发电量将逐渐接近常规火力发电厂发电量。我国风电行业起步较早，但发展缓慢，到二十世纪九十年代，在国家政策的大力支持下，风电事业有了长足的进步，逐步形成一个新兴的市场。图1-1给出了在过去的10年里，我国风力发电装机容量增长趋势。

图1-1 我国风力发电装机容量(2004-2014)

据初步估计，我国近海风能资源约为陆地的3倍，即7.5亿kW左右 。我国总共可开发风能资源约为10亿kW，大约相当于中国目前电力装机总量的2倍。从装机容量和年发电量而言，风电有可能在20～30年之内超过核电，成为中国第三大电源。

中国风能资源丰富，可开发利用的风能资源总量约为2.53亿千瓦。中国全年风速大于3m/s小时数分布图如图1-2

所示。国内最著名的

风电场，是新疆乌鲁木齐附近的达坂城风电场，总装机并网容量135万千瓦。

图1-2 中国风能资源分布

在2014年电源工程投资中，水电、核电、风电投资规模分别为960亿元、569亿元、993亿元，清洁能源投资所占比重已经超过70%。值得注意的是，2014年，风电投资规模首度超越火电。

“十一五”以来，风电发展规模加快，投资规模在2010年达到峰值1038亿元。在“弃风”问题影响下投资热情出现消减，回落至2013年的650亿元。2014年在风电抢装等影响下，投资规模回升至993亿元。

整机企业装机排名方面，金风科技以443.4万千瓦新增装机容量稳居行业第一，第二名联合动力新增260.05万千瓦，第三名明阳风电新增205.8万千瓦。具体请见下图：

从90年代中期，我国风力发电行业从科研走向了市场。目前已成功研制了MW级风力发电机组。但相比国外，我国风电行业整体落后，核心技术还掌握在国外几家大公司手中，大容量的风力发电机组绝大多数依靠进口，缺乏具有自主知识产权的技术；国产风机容量相对较小，多为采用定桨距失速型，不能有效地利用各种风况下的风能。

我国风电行业领域需解决的关键、共性技术问题主要表现为: 风力发电机组容量偏低，缺乏如1.5MW、2.25MW等大容量、具有企业自主知识产权的整机核心技术；

MW级风机设备检测技术起步缓慢，缺乏MW级整机全功率检测平台；

整机制造工艺工装能力不足；

对风电机组载荷、抗疲劳能力的综合分析能力不足；

多年来影响我国风电产业发展的主要障碍有三点：一是人才与技术的相对薄弱，使风电装备制造国产化问题成为制约我国风电资源开发的技术瓶颈。二是融资条件较差。由于风电项目一次性投资大，短期内难以获得经济效益，金融机构投资信心不足。三是政策与体制上存在障碍。目前，我国风力发电企业的主体是电力公司直属企业或与之有密切联系的企业，完全独立的风电企业为数不多，风电电价一般比普通电价高60%-80%，这与我国风电电价体制不合理的现状密不可分。

目前我国完整的风能产业链尚未完善；风电关键零部件（轴承、控制系统）大多依赖进口，部件采购比较困难；依托企业建设的风电工程技术研究中心较少。

风电发展中的主要问题

本质问题：风电单位千瓦造价较高，导致上网电价偏高，缺乏竞

篇四 农村风力发电
户用小型风力发电系统现状与发展_上_李德孚

【农村风力发电】

篇五 农村风力发电
几种常见风力发电系统的技术比较

新能源及工艺

几种常见风力发电系统的技术比较

刁瑞盛,徐　政,常　勇

(浙江大学电机系,浙江杭州310027)

摘　要:结合国内外风力发电的发展现状介绍了几种常见的风力发电系统,详细阐述了风力发电原理和风力机系统的数学模型,并对这几种风力机系统进行技术比较,最后简要介绍了风力发电接入系统后对电网的影响。关键词:风力发电系统;风速模型;风能捕获;风力机运行特性

中图分类号:TM614　　　　　文献标识码:A　　　　　文章编号:1004-3950(2006)02-0020-06

Technicalcomparisonbetweenseveralcommonwindpowergenerationsystems

DIAORui-sheng,XUZheng,CHANGYong

(CollegeofElectricalEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)

Abstract:Inthispaperseveralcommonwindpowergenerationsystemsareintroducedathomeandabroad,theprinci-pleofwindpowergenerationanditsmathematicmodelsareexplainindetai.lComparesthetechnicalcharacteristicsbetweenthemandfinallydiscussestheirimpactsonpowernetworkbygridconnection.

Keywords:windpowergenerationsystem;windmodel;windpowercapture;windturbineoperationcharacteristic

0　引　言

近30年来世界风力发电正以每年大于30%

的速度发展,部分国家甚至达60%以上。大型风力发电机组的制造水平及其控制技术有了很大提高,商业化风力机的容量已由原来的十几千瓦增长到了目前的3～5MW,接入电网后大型风场的运行、控制技术也日趋成熟。根据UWIG的统计,截至2005年初,全球的风力发电总容量达到47574MW;预计到2020年,世界风电总装机容量将达到1250GW,其发电量将占全球发电总量的12%。图1给出了截至2004年底世界风力发电装机容量前10位的国家

[1]

图1　世界各国风机装机容量对比

如果按年利用小时数2000～2500h计,风电的年发电量可达5060亿～6325亿kWh

[3]

,可以看出,欧洲的风

。风力发电

力发电处于世界领先地位,其首要原因是欧洲各

国通过制定政策、法规来鼓励增加风力发电的比重,同时对使用风电的用户给予一定补偿;另一个主要原因是这些国家大型风电机组制造、运行及

[2]。

控制技术已经成熟,处于世界领先水平

我国是一个风能资源丰富、分布广泛的国家。据测算,我国风能经济可开发量为2.53亿kW

。

收稿日期:2005-11-10

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50277034)

非常适合我国风力资源丰富的偏远山区、农村、海

岛等不适合大规模建设电力网的地区进行供电,成为一次能源的重要补充。但是目前我国的风力发电事业还处于起步阶段,装机容量只占全国发电总装机容量的0.11%,国内大型风力机的制造水平和控制技术与国外先进技术有较大差距。国内所建设的各大型风力发电场主要靠进口设备,

作者简介:刁瑞盛(1981-),男,辽宁沈阳人,硕士研究生,从事风力发电及配电网方面研究。

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ENERGYENGINEERING

2006②

新能源及工艺

平均每千瓦造价约1000美元,这也是风电成本较高的主要原因。另外,一个影响风力发电大规模应用的重要原因是风力发电的稳定性问题,风能具有很高的不确定性,这将导致输出的功率不能像传统的火电、水电那样保持恒定,当接入电网的风机容量不断增大时,这种不确定性会对电网的正常运行产生较大影响,甚至威胁电网的安全稳定运行。因此,有必要对风力发电原理及对其电网的影响进行详细研究。

　　风力发电的发电机有笼型转子异步机、绕线转子异步机、同步机、永磁发电机、可变磁阻发电机等几种,其中以笼型异步机最为常见。各种发电机的详细数学模型可在许多文献中找到。换流器大多采用脉宽调制(PWM-VSC)或正弦脉宽调制的电压源换流器(SPWM-VSC),这两种换流器都可以在四象限范围内运行,实现有功、无功解耦控制,提高电能质量。文献[5]、[6]分别介绍了应用在变速恒频风力发电系统中的两个背靠背PWM控制器的详细模型和控制方式。1.1　风速模型及风能捕获【农村风力发电】

风能具有很强的随机性,因此在判断一个地区的风况时,必须考虑到风的统计特性,其中较重要的是风速的频率分布。通常用于拟合风速分布的线性包括瑞利分布、对数正态分布、双参数威布尔分布、三参数威布尔分布等

[5]

[4]

1　风力发电原理及风机模型

风力发电是将风能转化为机械能,机械能再转化为电能的过程。风吹动风力机叶片旋转,这个转速通常较低,通常需要齿轮箱增速,将高速转

轴连接到发电机转子并带动发电机发电,发电机输出端再接一个升压变压器后连接到电网中。图2给出了完整的风力发电系统结构图。其中包括风力机(叶片、轮毂等部分)及其控制器、转轴、换流器、发电机及其控制器等部分。图中阴影部分表示某些类型风力机不需要换流器,如恒速运行的感应电机。风速v作为风力机及其控制器的输入信号,风力机控制器与参考值进行比较,输出桨距角信号给风力机,调整其输出机械转矩T和机械功率PWW。转轴输出的机械功率PW输入到发电机中,发电机的输出功率PG经过换流器输送到变压器中,最终输送至电网

。

。文献

[7]

详细介

绍了一种用于研究风力发电系统与电网之间动态影响的风速模型。在研究风力发电系统时,风速模型v(t)一般用频率在0.1～10Hz的一系列谐波总和来模拟,如式(1)所示:

vg(t)(1)v(t)=v01+∑Aksin(ωkt+

k

式中:v0为平均风速;Ak为k次谐波幅值;ωk为k次谐波频率;vg(t)为阵风风速,可用式(2)来模拟:

2vgmax

vg(t)g1+e

(2)

式中:vgmax为阵风幅值m/s;ωg为阵风角速度,ωg=2π/Tg。

为了在仿真分析中更加简便地使用风速模型,风又可以分为随机风、渐变风和阵风,这三种风速模型共同叠加在平均风速v0上,就形成了用于仿真计算的风速模型。图3给出了常用于仿真

图2　风力发电系统结构图

分析中的几种风速波形。

2006②能源工程　-　1-2

新能源及工艺

图3　几种风速模型

　　风吹动叶片后速度会降低,但是不会减少到零。因此,风力机所捕获的风能只占来流风能的一部分。根据贝茨定律,当流过叶片的风速与来流风速之比为1∶3时,风力机可达到最大的风能捕获系数0.593。风力机捕获的风能与风速v(m/s)、空气密度ρ(kg/m)、风轮扫过的面积S(m)、叶片尖速比λ以及叶片桨距角 等因素有关。根据风力机特性,捕获的风能Pww可由式(3)来求得:Pww=Cp(λ, ) Pwind=Cp(λ, )3ρSv(3)2

3

2

叶尖速比λ是指叶片叶尖线速度与来流风速的比值,λ=ωR/v;ω是风轮旋转的角速度;R是风轮旋转半径(约等于叶片长度);桨距角 是叶片与旋转平面的夹角;Cp是风能捕获系数(也称Betz因子),它是叶尖速比和风力机桨距角的函数,一般可以用(4)式来计算:

1

x-c

Cp(λ, )=c1(c2-c3 -c4 -c5)e(4)

Λ

c1～c6随着风力机类型的不同而取不同的值。文献[8]给出了一种风力机的c1～c6取值和一种1/Λ的定义:c1=0.5,c2=116,c3=0.4,c4=0,c5=5,c6=21。

110.035-3Λλ+0.08 1+

(5)

图4　Cp特性曲线

1.2　风力机传动部分模型

风力发电机组的传动部分主要包括轮毂、风

力机叶片、转子转轴和齿轮箱(若采用低速多极同步发电机则不需要齿轮箱)。其中轮毂及叶片约占整个传动部分总质量的90%,发电机转子占6%～8%,其余部分占2%～4%。同时,发电机的扭转刚度是最大的,大约是转轴的100倍,轮毂及叶片的50倍。因此,风力发电机组的传动部分不能用单一质量块来建模,否则会对系统临界切除时间(CCT)的计算产生影响

[10]

。传动部分模型

最少可以用双质量块模型来实现,其中齿轮箱部分通常包含在发电机质量块中。这里为了完整起见,考虑了齿轮箱的作用

。

从图4可以看出,桨距角的大小和叶尖速比

都是影响Cp的重要因素。不同的桨距角对应的最大Cp不同,桨距角越小,Cp的峰值越大。控制λ和 就可以控制风力机捕获的风能,这就构成了风力机功率控制的基础。文献[8]、[9]给出了其他一些风力机的Cp计算方法。需要注意的是,图4所示的Cp曲线峰值未能达到贝茨上限,是由于风力机系统设计的不完美造成的

。

图5　风力发电系统传动部分模型

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ENERGYENGINEERING

2006

②

新能源及工艺

该模型可以用以下方程组来描述:

dδW

=ωW-ωW0=ΔωW

dt

dδG

=ωωG-ωG0=ΔGdt

JW

(6)(7)

dΔωδΔωWGG

=τ)-D(Δω)-W-K(δW-W-dtυυ

D(ΔωW-ΔωG

)υ

(8)

图6　

风力机运行特性理想曲线

δΔωGG

K(δ)+D(Δω)W-W-dΔωGJG=τGdtυ

(9)

其中:下标W代表风力机、G代表发电机;J为惯性常量;δ为扭转角度;τ为扭矩;D为阻尼系数;K为刚性系数;υ为齿轮箱的增速比。

风力机输出的机械功率PWW通过转轴后的输出功率PW可近似用一阶差分方程来描述:

1+sTW1PR

=KW(10)

1+sTW2PWW这里忽略了叶片离心力、重力、变化的空气动力等因素的影响。

1.3　风力机运行特性

风力机理想的有功输出—风速的运行特性曲线如图6所示,共包括四种运行状态:

①v<vcut_in,风力机停止运行;

②vcut_in<v<vn,风力机以部分负荷运行;③vn<v<vcut_out,风力机以全负荷运行;④v>vcut_out,风力机停止运行。

其中:υm/s),一般在3～cut_in为风力机切入速度(5m/s之间;υm/s),一般在n为风力机额定风速(15m/s左右;υm/s),一般cut_out为风力机切出速度(在25m/s左右。

当风速超过切出风速时,为了保护机组的安全,必须使叶片停止转动,待到风速降低到切出风速以下时才可以重新切入。

图7　恒速鼠笼式感应发电机组

2.1　恒速风力机+感应发电机

这种风力发电机组如图7所示,系统包括风力机、齿轮箱、感应发电机、软起动装置、电容器组以及变压器等部分,是目前我国应用得最广泛的一种系统。在正常运行时,风力机保持恒速运行,转速由发电机的极数和齿轮箱决定。若采用双速发电机,则风力机可以在两种不同的速度下运行,以提高功率输出。软起动装置的作用是防止风力机切入和切出时产生过大的冲击电流,而电容器组则是为感应发电机提供足够的无功补偿。常用于这种恒速风力机系统的功率控制方式为定桨距控制,或失速控制。它是指叶片与转轴刚性连接,风力机桨距角保持不变,当风速增大时风力机叶片的攻角增大,直到最后气流在翼型上表面分离而产生脱落,即失速效应。这时叶片升力减小,阻力提高,从而达到降低风能捕获的目的。可以看出,这种机组的突出优点是结构简单、鲁棒性好、控制方便、无需进行维护、造价较低,但是也存在一些问题,包括:(1)无功不可控,需要电容器组或SVC进行无功补偿;(2)叶片与轮毂刚性连接,风速波动较大时产生较大的机械负载,容易导致齿轮箱故障,对叶片要求也较高;(3)输出功率波动较大;(4)发生失速时,难以保证恒定的功率输出,输出功率有所降低。鉴于以上原因,这种风力发电系统的容量通常较小。

2　几种常见的风力发电系统及其特性

风力发电机组一般按照风力机转速进行分类,可分为恒速运行风力机和变速运行风力机。文献[4]、[8]分别介绍了12种和8种不同的风

力发电系统概念模型。

以下分别介绍目前广泛使用的3种风力发电机组、其控制方式及特点

。

2006②能源工程　-　3-2

新能源及工艺

2.2　变速恒频双馈式风力发电机

双馈式风力机是变速运行风力机的一种,其模型如图8所示,包括风力机、齿轮箱、感应机、PWM变频器和直流侧电容器等。双馈机的定子与电网直接连接,转子通过两个VSC变频器连接到电网中,机组可在较大速度范围内运行,与电网之间实现能量双向传输。当风力机运行在超同步速度时,功率从转子流向电网;而当运行在次同步速度时,功率从定子流向转子。直流侧电容器的作用主要是维持直流侧电压。与恒速风力机不同,其功率控制方式为变桨距控制,是指桨距角随着风速的改变而改变,从而使风力机在较大范围内按最佳参数运行,以提高风能利用率。当风速增大到额定值以上时,叶片与轮毂间的轴承机构转动使叶片桨距角增大,攻角减小,从而减小翼型的升力,达到控制风力机叶片的扭矩和功率的目的

。

发电机、全功率变频器、直流侧电容等。当发电机采用低速多极同步发电机时,可以不使用齿轮箱,即“直接驱动”风力机系统。变频器部分可以采用两个背靠背的全功率电压源换流器,也可以通过直流电缆进行连接。与双馈式风力机不同,此风力机系统的输出功率通过两个全功率变频器输送到电网中,与电网彻底隔开,因此可以在不同的频率下运行而不影响电网的频率。

其优势体现在:(1)通过控制变频器的调制比可以分别控制有功和无功,在系统故障时提供无功支持,提高电网动态特性;(2)也不需要并联电容器作无功补偿装置;(3)由于此风力机是变速运行系统,其功率控制方式也是变桨距控制,可以提高风能利用率;(4)考虑到海上风力资源丰富以及风电场选址等问题,建立在近海的风力发电场需要用直流电缆与陆地换流站连接;(5)可以向海岛、偏僻地区等无源网络供电,体现出轻型直流输电的优势。这种风力机系统在国外已有一系列工程实例,但是在我国尚未得到应用,其主要原因是全功率变频器的造价很高,相应的损耗也较大。但是,这可以通过增加装机台数以及使用

[12]

适当的PWM控制策略得到一定弥补。

图8　双馈式风力发电机

双馈式风力机是目前世界各国风力发电的研究热点之一,我国已有部分地区的风力发电场开始使用这种风力机系统。相对于传统的恒速风力机,其性能优势体现在:(1)控制转子电流就可以在大范围内控制电机转差、有功功率和无功功率,参与系统的无功调节,提高系统的稳定性;(2)不需要无功补偿装置;(3)可以追踪最大风能

[11]

图9　变速运行的同步发电机

以上三种风力发电系统代表了风电的发展趋势,随着大功率电力电子器件性价比的提高以及控制策略的发展,用第三种风力机系统的优势将会逐渐得以体现。

,

提高风能利用率;(4)降低输出功率的波动和机组的机械应力;(5)在转子侧控制功率因数,可提高电能质量,实现安全、便捷并网;(6)其变频器容量仅占风力机额定容量的25%左右,与其他全功率变频器相比大大降低变频器的损耗及投资。因此,目前的大型风力发电机组一般是这种变桨距控制的双馈式风力机,但其主要缺点在于控制方式相对复杂,机组价格昂贵。2.3　变速风力机+同步发电机

这种机组也是变速运行风力发电系统的一种,其结构如图9所示,包括风力机、齿轮箱、同步

3　风力发电对电网的影响

3.1　对电能质量的影响

风速的不断变化引起风力机与电网之间潮流的变化,同时引起电网中节点电压的波动,文献

[11]给出了风电系统接入辐射型和网状网络中节点电压波动的计算方法,并可以通过电压波动上限来确定接入点的风机装机容量。传输功率的波动还会引起网络节点的电压闪变。当大型风力机系统启动时,感应机会吸收大量的无功

[14,15]

-　4-2

ENERGYENGINEERING

2006②

篇六 农村风力发电
我国风力发电技术及现状

篇七 农村风力发电
风能的利用

风能的利用

摘要：概括了风力发电的优势，介绍了我国风力发电的环境，阐述了风力发电的应用及前景，介绍了小型风力发电机组的应用

关键字：风能发电、概况、发展及展望

一．引言 ................................................................................................................................................................. 1

二．风力发电概况 ................................................................................................................................................. 1

三．中国风电发展状况及展望 .............................................................................................................................. 2

（一）风力提水机.......................................................................................................................................... 2

（二）小型风力发电机 .................................................................................................................................. 2

（三）大型风力发电机组及国外机组国产化 .............................................................................................. 3

四．发展风电刻不容缓.......................................................................................................................................... 4

一．引言：风能是一种清洁，安全，可再生的绿色能源，利用风能对环境无污染，对生态无破坏，环保效益和生态效益良好，对于人类社会可持续发展具有重要意义。现今调整能源结构、减少温室气体排放、缓解环境污染、加强能源安全已成为国内外关注的热点。国家对可再生能源的利用,特别是风能开发利用给予了高度重视。

风很早就被人们利用--主要是通过风车来抽水、磨面等。现在，人们感兴趣的，首先是如何利用风来发电。球表面大量空气流动所产生的动能。由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异，在水平方向高压空气向低压地区流动，即形成风。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率，与风速的三次方和空气密度成正比关系。据估算，全世界的风能总量约1300亿千瓦，中国的风能总量约16亿千瓦。风能资源受地形的影响较大，世界风能资源多集中在沿海和开阔大陆的收缩地带。在自然界中，风是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。随着全球气候变暖和能源危机，各国都在加紧对风力的开发和利用，尽量减少二氧化碳等温室气体的排放，保护我们赖以生存的地球。

风能的利用主要是以风能作动力和风力发电两种形式，其中又以风力发电为主.

二．风力发电概况

能源是现代社会和经济发展的基础。远期，能源工业面临矿物资源枯竭的问题；近期，能源工业 面临全球环境污染的压力。自 1973 年发生石油危机以来，世界各国都在寻求替代化石燃料的能源， 投入大量的经费进行研究开发。因此推动了太阳能、风能等可再生能源的发展，成为近期内最有大规 模开发利用前景的可再生能源。20 年来风力发电从试验研究迅速发展为一项成熟技术，发电成本从 每千瓦时 20 美分降到 5 美分，接近常规能源发电，形成一个新兴的产业。我国从 80 年代初把风力发 电作为农村电气化

我国政府在 1992 年就环境和发展问题提出 10 条对策和措施，明确要“因地制宜地开发和推广太 阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能等新能源”。并陆续出台了“乘风计划”、“双加工程”等。 丹麦是开发风电最早的国家，而且当前在风电机技术和生产方面仍处于领先地位，风电装机约占 发电总装机容量的 5%以上。2000 年德国风电装机 611.3 万千瓦，连续几年居世界第一.

风力发电的利用方式主要有两类，一类是独立运行（离网型）供电系统，即电网未通达的偏远地 区，如高山、草原和海岛等，用小型风力发电机组为蓄电池充电，再通过逆变器转换成交流电向终端 电器供电，单机容量一般在 100W-10KW；或者采用中型风电机与柴油发电机或光伏太阳电池组成混 合供电系统，目前系统的容量约 10KW-200KW，解决小社区用电问题。（目前国家正在招标的“西部 省份无电乡通电工程光伏电站建设项目”即“光伏工程”，部分电站就是采用风光互补）。另一类是作 为常规电网的电源，并网运行，商业化的机组单机容量为 150KW-1650KW，既可单独并网，也可以由多台，甚至成百上千台组成风力发电场（简称风电场，国外亦称风力田）。

三．中国风电发展状况及展望

（一）风力提水机

（1）行业现状。在我国东南沿海地区低扬程风力提水装置用于农田灌溉、水产养殖和盐场制盐等 低扬程大流量提水作业；我国内陆如内蒙古北部、甘肃和青海等地风能资源较好的区域，则利用深井 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；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。

（2）产品类型。我国已基本形成南方型低扬程大流量风力提水机组和北方型高扬程小流量风力提 水机组两大系列。

（3）发展趋势。从风力提水机组分类上讲，主要产品和技术的发展趋势：

①低扬程大流量风力提水机多采用旋转式水泵，用于提取地表水和浅层地下水；

②高扬程小流量风力提水机多采用往复式水泵，用于提取深层地下水；

③风力提水机—微滴灌系统；

④风力机—空气泵提水机组；

⑤风力发展机—电泵提水系统。

（二）小型风力发电机

（1）行业现状。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

（2）发展趋势：【农村风力发电】

①功率由小变大。户用机组从 50、100W 增大到 300、500W，以满足彩电、冰箱和洗衣机等用电器 的需要；

②由一户一台扩大到联网供电。采用功率较大的机组或几台小型机组并联为几户或一个村庄供电；

③由单一风力发电发展到多能互补，即“风力—光伏”互补、“风力机—柴油机”互补和“风力—

光伏—柴油”互补；

④应用范围逐步扩大，由家庭用电扩大到通讯和气象部门、部队边防哨所、公路及铁路等。

（三）大型风力发电机组及国外机组国产化

（1）大型风力发电机组的制造。目前我国大型风力发电机组的研究制造商主要有：中国一拖—美 德（MADE）风电设备有限公司、西安维德风电设备有限公司、上海申新风力发电设备公司、北京万电有 限责任公司及新疆金风科技股份有限公司。

（2）国外机组国产化。在我国风电场建设的投资中，机组设备约占 70%，实现设备国产化、降低工 程造价是风电场大规模发展的需要。大型风电机的主要部件在国内制造，其成本可比进口机组降低

20%～30%。

（3）发展趋势：

①风力发电场数目不断增加，装机容量持续增长。截止至 2001 年底全国发电场总数已达 27 座，装 机容量已达 39.9895 万 kW。

②风力发电机组单机容量逐年加大。单机容量在 1996 年以前是 150～300 kW，近些年安装的主要是

600 kW 级机组。目前兆瓦级风机正在研制中。

1． 小型风力机组

我国从 80 年代初把风力发电作为农村电气化的措施，主要研制、开发和示范应用小型充电用风 电机，供农牧民和渔民一家一户使用。经过二十年的发展，1KW 以下的机组技术已经成熟，大量推广， 形成了年产万台的能力，现在每年销售 6000 至 8000 台，而且有上百台出口国外。国内拥有量约 16万台，居世界第一。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，电灯和电视进 入农家牧户，生活质量明显提高。

但我国是一个发展中国家，一些边远地区的农牧民还未用上电。实践表明：在一个较长的时期， 小型风力发电机组在解决有风无电地区农牧民生活用电仍然是一条重要的途径。就是在有风有电地 区，从长远考虑，发展小型风力机组对改善能源结构，保护生态平衡和充分利用资源等方面亦有积极 的意义。国家计委提出的“光明工程”就为我国小型风力发电机组的发展创造了条件。因此继续发展 小型发电机组仍有很大的潜力。

2．大型发电机组

2001 年底，全国建成 28 座风电场，共装机 814 台，总容量为 401095 千瓦。详见表 3。在这些风 电场中的风力发电机组约 95%以上是利用货款从国外引进的，设备价格高，风电场每千瓦造价约 8000

－9000 元，其中机组占投资的 75％-80％。目前国内大中型水电站每千瓦造价为 7000－8000 元，火 电站加上脱硫环保设施，每千瓦造价也要超过 7000 元。我国风电场年利用小时数一般为 2700 小时； 一些地方达到 3200 小时，因而风电成本为 0.45-0.70 元/千瓦时。只有逐步实现国产化，才能把风电 场造价降下来。1996 年，国家计委制定了“乘风计划”，从我国国情出发，采取技贸结合的形式，与 国外组建合资生产企业。在建设风电场的同时，引进技术，通过消化吸收，自行开发研制大型风力发 电机组。这是加速大型风力发电机组国产化的一条重要举措。成立不久国家电力公司也已经把风电作 为电力工业的一个重要组成部分，积极争取一切有利的投资，逐一克服影响开发风电的障碍，稳步向 大规模产业化发展。

四．发展风电刻不容缓

风电产业要全面健康可持续发展，需要解决的问题很多，但依靠科技进步来推动风电产业是摆在我们面前的现实课题。首先，需建立以企业为主体、市场为导向、产学研技术结合的创新体系。对开展试点的企业应对其研发机构，研发人员，研发资金，研发项目，专利申请，产品品牌，能力建设等方面提出具体要求和量化的指标。 第二，正确处理技术引进和技术创新的关系。采用自主研究开发和引进消化国外技术相结合的方式，是实现提高竞争能力的较好途径。 第三，加强风电创新能力建设，建立风电公共技术服务平台，共同对资源进行整合、共享、完善和提高，通过建立共享机制和管理程序逐步做到资源有效利用。 第四，加速风电技术人才培养。目前已有一些高等院校准备设置风能专业或者风能专业方向，开设风能课程培养本科生和研究生。除了学校培养人才外，企业也应将人才培养和建立一支高素质的队伍放在战略地位，特别需要建立激励机制和创造良好的环境，使技术队伍能够稳定地成长。

中国风电行业发展比较迅速，但与国际风电行业的发展水平还有很大差距，国内的风电设备主要依靠进口，对外依赖性强，虽然风电成本已下降很多，但相比火电成本的优势在短期内并不会明显突出，风电行业的发展还有很多的阻碍因素。但是风电行业投资的高风险，必然会为风电行业发展带来高收益，不论是风电产业的经济效益、社会效益，还是中国目前奉行的可持续发展和节约战略，都为风力发电行业提供了很大的发展空间。现在，风能发电成本已经下降到1980年的1/5。随着技术进步和环保事业的发展，风能发电在商业上将完全可以与燃煤发电竞争。

参考文献:

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