風(fēng)力發(fā)電概況論文

1、風(fēng) 力 發(fā) 電 概 況 論 文目 錄引言31 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展歷史32 風(fēng)特性42.1 風(fēng)形成的原因42.2 近地面風(fēng)特性52.3 脈動風(fēng)特性53 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組類型、結(jié)構(gòu)組成、工作原理63.1 恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)63.2 有限變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)73.3 變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)73.3.1有刷雙饋異步發(fā)電機(jī)73.3.2電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)83.3.3永磁同步發(fā)電機(jī)94 風(fēng)力發(fā)電場及投資104.1風(fēng)電場宏觀選址程序104.2、風(fēng)力發(fā)電機(jī)選址的原則104.2.1、選擇風(fēng)能質(zhì)量好的地區(qū)114.2.2、要有穩(wěn)定的盛行風(fēng)向114.2.3、風(fēng)速日變化和季節(jié)變化小114.2.4 風(fēng)力發(fā)電機(jī)高度范圍內(nèi)風(fēng)垂直切變要小114.2.5

2、、湍流強(qiáng)度要小114.3 風(fēng)能資源的評估124.4 風(fēng)力發(fā)電投資124.4.1 政策因素對風(fēng)電電價(jià)的影響135 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢136 結(jié)語15引 言風(fēng)能是取之不盡、用之不竭、潔凈無污染的可再生能源?？稍偕茉窗L(fēng)能、太陽能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能等。風(fēng)力發(fā)電是可再生能源領(lǐng)域中除水能外技術(shù)最成熟、最具規(guī)模開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一。近年來越來越受到世界各國的重視。其蘊(yùn)量巨大，全球可用來發(fā)電的風(fēng)能資源有100億千瓦，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。發(fā)展風(fēng)力發(fā)電對于調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、減輕環(huán)境污染、解決能源危機(jī)等方面有著非常重要的意義。1 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展歷史風(fēng)力

3、機(jī)最早出現(xiàn)在三千年前,當(dāng)時(shí)主要用于碾米和提水。1887-1888年冬，美國人Brush安裝了一臺被現(xiàn)代人認(rèn)為是第一臺自動運(yùn)行的且用于發(fā)電的風(fēng)力機(jī)。它是個(gè)寵然大物葉輪直徑是17米，有144個(gè)由雪松木制成的葉片。風(fēng)力機(jī)運(yùn)行了約20年，用來給他家地窯里的蓄電池充電。這臺發(fā)電機(jī)僅為12千瓦。這是因?yàn)榈娃D(zhuǎn)速風(fēng)機(jī)效率不可能太高。丹麥人Poul la Cour隨后發(fā)現(xiàn)了快速轉(zhuǎn)動、葉片數(shù)少的風(fēng)力機(jī)，在發(fā)電時(shí)比低轉(zhuǎn)速的風(fēng)力機(jī)效率高得多。在二次世界大戰(zhàn)期間，丹麥工程公司F.L.Smidth（現(xiàn)在是水泥機(jī)械制造商）安裝了一批兩葉片和三葉片的風(fēng)機(jī)。丹麥風(fēng)機(jī)制造商已經(jīng)生產(chǎn)出了兩葉片的風(fēng)機(jī)，盡管所謂的“丹麥概念”是三葉片

4、的風(fēng)機(jī)。所有這些風(fēng)機(jī)（與它們的前輩一樣）發(fā)的是直流電。這些三葉片F(xiàn).L.Smidth 風(fēng)機(jī)于1942年安裝在Bobo島，它們看起來很象“丹麥”風(fēng)機(jī)。這些風(fēng)機(jī)是風(fēng)-柴系統(tǒng)中的一部分，給小島供電。1951年，這些直流發(fā)電機(jī)被35kW的交流異步發(fā)電機(jī)取代，如此一來，第二臺生產(chǎn)交流電的風(fēng)機(jī)問世了。1950年，Johannes Juul在丹麥的Vester Egesborg成為了世界上開發(fā)第一臺交流風(fēng)力發(fā)電機(jī)的先驅(qū)。創(chuàng)新的200KW Gedser 風(fēng)力發(fā)電機(jī)在1956-57年由Johannes Juul為SEAS電力公司建成，風(fēng)機(jī)安裝在丹麥南部的Gedser海岸。三葉片，上風(fēng)向，帶有電動機(jī)械偏航和異步發(fā)

5、電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)是現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)先驅(qū)。這臺風(fēng)力機(jī)是失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力機(jī)，Johannes Juul發(fā)明了緊急氣動葉尖剎車，在風(fēng)機(jī)過速時(shí)通過離心力的作用釋放?；旧?，現(xiàn)代失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上使用著相同的系統(tǒng)。這臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)，在隨后的很多年中一直是世界上最大的。它在無需維護(hù)的情況下，運(yùn)行了11年。風(fēng)力機(jī)的機(jī)艙和葉輪現(xiàn)在在丹麥電力博物館中展出。1980-1981年開發(fā)的55KW風(fēng)力發(fā)電機(jī)的出現(xiàn)是現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)工業(yè)和技術(shù)上的一個(gè)突破。隨著這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的誕生，風(fēng)力發(fā)電每度電的成本下降了約50%。風(fēng)能工業(yè)變得越來越專業(yè)了，此外相應(yīng)的由RISO國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的歐洲風(fēng)圖譜對降低度電成本也是非常重要的。這張照

6、片展示的是Nortank55kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獨(dú)特的選址思維方式，這些風(fēng)機(jī)安裝在丹麥一個(gè)港口碼頭。 在八十年代初，數(shù)千臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)被運(yùn)送到美國加利福尼亞。Micon 55kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)也是其中之一，它被運(yùn)到加州Palm Springs的一個(gè)擁有一千多臺風(fēng)力機(jī)的大型風(fēng)電場。早5年開始制造風(fēng)力機(jī)的丹麥制造商比其它國家的公司銷售業(yè)績更佳。在加利福尼亞有將近一半的風(fēng)機(jī)來自丹麥。大約在1985年，在加利福尼亞支持計(jì)劃終結(jié)的前一夜，美國的風(fēng)能市場消失了。盡管看起來市場已經(jīng)堀起，但從那時(shí)起只有很少量的裝機(jī)投運(yùn)?，F(xiàn)在德國已成為世界上最大的風(fēng)電市場，而且德國的裝機(jī)也是世界上最大的。1980年以來，風(fēng)力發(fā)電進(jìn)入了另

7、一個(gè)大發(fā)展的時(shí)期，在世界各國都進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段。截止到2008年12月底，全球總裝機(jī)容量已經(jīng)超過了 121GW?？傃b機(jī)量前五的國家分別是美國 (25.17GW)，德國 (23.90GW)，西班(16.75GW)，中國 (12.21GW)和印度 (6.45GW)。歐洲一些國家的風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量已經(jīng)占據(jù)了相當(dāng)?shù)谋壤?，例如德國、西班牙、丹麥、荷蘭等國已經(jīng)具有了長期運(yùn)行50kW、100kW、 200kW、500kW、1.5MW乃至4MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)的成功經(jīng)驗(yàn)。隨著風(fēng)電裝機(jī)量的增大，其配套設(shè)施，發(fā)電質(zhì)量要求，控制系統(tǒng)和成本的要求都進(jìn)一步提高，也促成了新一輪的風(fēng)電技術(shù)發(fā)展高潮。2 風(fēng)特性2.1 風(fēng)形成的原

8、因風(fēng)是空氣相對與地球表面的運(yùn)動， 主要是由于地球上各緯度所接受的太陽輻射強(qiáng)度不同而形成的。高緯度與低緯度之間的溫度差異，形成了南北之間的氣壓梯度，使空氣做水平運(yùn)動，風(fēng)應(yīng)沿水平氣壓梯度方向吹， 即垂直與等壓線從高壓向低壓吹。另外，地球在不停的自轉(zhuǎn)，使空氣水平運(yùn)動發(fā)生偏向的力，稱為地轉(zhuǎn)偏向力，這種力使北半球氣流向右偏轉(zhuǎn)， 南半球向左偏轉(zhuǎn)，所以地球大氣運(yùn)動除受氣壓梯度力外，還要受地轉(zhuǎn)偏向力（科里奧利力）的影響。具體到某一特定地區(qū)， 自然風(fēng)的形成還要受氣象條件如季節(jié)、洋流，地表特征如海拔、地形和地面粗糙度等多種因素的影響。2.2 近地面風(fēng)特性 風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)特性指的是近地面大氣邊界層最底層100m 以下

9、氣流的流動情況。用風(fēng)速的大小、方向和湍流強(qiáng)度等反映風(fēng)特性的特征量描述。一般可分為平均風(fēng)特性和脈動風(fēng)特性來進(jìn)行研究。 平均風(fēng)特性平均風(fēng)特性包括：平均風(fēng)速、平均風(fēng)向、風(fēng)速廓線和風(fēng)頻曲線等。一般來說，這類數(shù)據(jù)由常年的氣象數(shù)據(jù)記錄得出。2.2.1 平均風(fēng)向。風(fēng)向指風(fēng)的方向， 一般用16個(gè)方位來表示。根據(jù)氣象臺站提供的記錄數(shù)據(jù)，按月，季節(jié)、年來統(tǒng)計(jì)風(fēng)向變化的平均值，來判斷某一地區(qū)的風(fēng)向變化情況， 下面以我國某一沿海城市的測風(fēng)數(shù)據(jù)為例繪制出風(fēng)向玫瑰圖加以說明。其中，各方位輻射線的長度代表風(fēng)向頻度， 即不同方位上記錄的次數(shù)占全月總記錄次數(shù)的百分比。從圖中不難看出：此地秋冬季節(jié)盛行東北風(fēng)，而春節(jié)有兩個(gè)主風(fēng)向：

10、東北和東南。夏季風(fēng)向變化較大主要是西南和東南方向范圍內(nèi)變化。2.2.2 平均風(fēng)速。風(fēng)速是指單位時(shí)間內(nèi)空氣在水平方向上移動的距離， 平均風(fēng)速是指在某時(shí)距內(nèi)，空間某點(diǎn)上各瞬時(shí)風(fēng)速的平均值。其值的大小與時(shí)距的選取有很大的關(guān)系。由范德豪芬的實(shí)驗(yàn)可知，周期在10min 到1h 范圍內(nèi)功率頻譜曲線比較平坦， 平均風(fēng)速時(shí)距取在此范圍內(nèi)可忽略湍流引起的天氣變化， 我國規(guī)范規(guī)定的時(shí)距為10min。平均風(fēng)速隨時(shí)間和空間變化，但具有一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，如日、月、季節(jié)變化規(guī)律。平均風(fēng)速的日變化規(guī)律最為顯著。除去天氣變化因素的影響， 秋季最大風(fēng)速出現(xiàn)在上午10 點(diǎn)到12 點(diǎn)之間， 冬季最大風(fēng)速大多數(shù)出現(xiàn)在午后。兩者最小風(fēng)速

11、出現(xiàn)在下午18 點(diǎn)到20 點(diǎn)之間。產(chǎn)生這種變化的原因是由于太陽輻射的日變化而導(dǎo)致的地面熱力不均造成的。不同地區(qū)，不同季節(jié)因太陽輻射條件不同會有所不同。2.3 脈動風(fēng)特性 脈動風(fēng)具有隨機(jī)性, 隨時(shí)間和空間隨機(jī)地變化。包括：脈動風(fēng)速、脈動系數(shù)、風(fēng)向變化、湍流強(qiáng)度、湍流積分尺度、脈動風(fēng)功率譜和空間相關(guān)系數(shù)等。2.3.1 脈動風(fēng)速。脈動風(fēng)速指的是某時(shí)刻t，空間某點(diǎn)上的瞬時(shí)風(fēng)速與平均風(fēng)速的差值。其表達(dá)式為 V'(t)=V(t)-V (1)脈動風(fēng)速的變化情況可由氣象臺站的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出。2.3.2 湍流強(qiáng)度。湍流強(qiáng)度反應(yīng)的是風(fēng)速隨時(shí)間和空間的變化程度，反應(yīng)脈動風(fēng)的相對強(qiáng)度，脈動風(fēng)速受地表特征和溫度層

12、結(jié)構(gòu)及地表粗糙度和高度的影響強(qiáng)烈。3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組類型、結(jié)構(gòu)組成、工作原理根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特征，風(fēng)力發(fā)電機(jī)可分為恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)、有限變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)和變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)。3.1 恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)如圖1所示，采用了籠型異步發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)通過變壓器直接接入電網(wǎng)。因?yàn)榛\型異步發(fā)電機(jī)只能工作在額定轉(zhuǎn)速之上很窄的范圍內(nèi)，所以通常稱之為恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)。并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，異步發(fā)電機(jī)需要從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，這惡化了電網(wǎng)的功率因數(shù)，易使電網(wǎng)無功容量不足，影響電壓的穩(wěn)定性。為此，一般在發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)之間配備適當(dāng)容量的并聯(lián)補(bǔ)償電容器組以補(bǔ)償無功。由于籠型異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低且可

13、靠性高，比較適合風(fēng)力發(fā)電這種特殊場合，在風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的初期，籠型異步發(fā)電機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，有效地促進(jìn)了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的興起。圖1 籠型恒速發(fā)電機(jī)系統(tǒng)隨著風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用的深入，恒速籠型異步發(fā)電機(jī)具有的一些固有缺點(diǎn)逐步顯現(xiàn)出來，主要是籠型異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速只能在額定轉(zhuǎn)速之上l一5內(nèi)運(yùn)行，輸人的風(fēng)功率不能過大或過小，若發(fā)電機(jī)超過轉(zhuǎn)速上限，將進(jìn)入不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。因此，在多數(shù)場合需將2臺分別為高速和低速的籠型異步發(fā)電機(jī)組合用，以充分利用中低風(fēng)速的風(fēng)能資源。另外，風(fēng)速的波動使風(fēng)力機(jī)的氣動轉(zhuǎn)矩隨之波動，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)之間的軸承、齒輪箱將會承受巨大的機(jī)械摩擦和疲勞應(yīng)力。而且，由于風(fēng)力機(jī)的速度不能調(diào)節(jié)，

14、不能從空氣中捕獲最大風(fēng)能，效率較低。齒輪箱的存在增加了風(fēng)力機(jī)的重量和系統(tǒng)的維護(hù)性，影響了系統(tǒng)效率，增加了噪聲。3.2 有限變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)有限變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)如圖2所示，發(fā)電機(jī)采用繞線式異步發(fā)電機(jī)。繞線式異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子外接可變電阻，其工作原理是通過電力電子裝置調(diào)整轉(zhuǎn)子回路的電阻，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率可增大至10，實(shí)現(xiàn)有限變速運(yùn)行，提高輸出功率。同時(shí)，采用變槳距調(diào)節(jié)及轉(zhuǎn)子電流控制，以提高動態(tài)性能，維持輸出功率穩(wěn)定，減小陣風(fēng)對電網(wǎng)的擾動。然而，由于外接電阻消耗了大量能量，電機(jī)效率降低了。有些文獻(xiàn)也把這種發(fā)電系統(tǒng)稱為高轉(zhuǎn)差率異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。圖2 繞線式有限變速發(fā)電機(jī)系統(tǒng)3.3 變

15、速風(fēng)力發(fā)電機(jī) 3.3.1有刷雙饋異步發(fā)電機(jī)由雙饋異步發(fā)電機(jī)(Doubly fed induction generator，DFIG)構(gòu)成的變速恒頻控制方案是在轉(zhuǎn)子電路實(shí)現(xiàn)的，如圖3所示。流過轉(zhuǎn)子回路的功率是雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍所決定的轉(zhuǎn)差功率，該轉(zhuǎn)差功率僅為定子額定功率的一小部分。一般來說，轉(zhuǎn)差率為同步速附近30左右，因此，與轉(zhuǎn)子繞組相連的勵(lì)磁變換器的容量也僅為發(fā)電機(jī)容量的30左右，這大大降低了變換器的體積和重量。采用雙饋發(fā)電方式，突破了機(jī)電系統(tǒng)必須嚴(yán)格同步運(yùn)行的傳統(tǒng)觀念，使原動機(jī)轉(zhuǎn)速不受發(fā)電機(jī)輸出頻率限制，而發(fā)電機(jī)輸出電壓和電流的頻率、幅值和相位也不受轉(zhuǎn)子速度和瞬時(shí)位置的影響，變機(jī)電系統(tǒng)

16、之問的剛性連接為柔性連接。圖3 饋式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)相對于繞線式發(fā)電機(jī)，雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子能量沒有被消耗掉，而是可以通過變換器在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與電網(wǎng)之間雙向流通。變換器可以提供無功補(bǔ)償，平滑并網(wǎng)電流正是DFIG具有上述優(yōu)點(diǎn)，目前大多數(shù)大可變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)都采用這種方式，例如Vestas，Gamesa，GE，Nordex等公司都有此類產(chǎn)品。但其控制系統(tǒng)也相對復(fù)雜，尤其是雙向變換器的DFIG勵(lì)磁控制技術(shù)和雙向并網(wǎng)發(fā)電控制技術(shù)，對于DFIG系統(tǒng)而言，是至關(guān)重要的難點(diǎn)之一。雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)具有的缺點(diǎn)：存在多級齒輪箱及滑環(huán)、電刷，不可避免地帶來摩擦損耗，增大了維護(hù)量及噪聲等；在電網(wǎng)故障瞬間，驟然變大的定子

17、和轉(zhuǎn)子電流要求變換器增加保護(hù)措施，增大了軟硬件投入，而且大的故障電流增加了風(fēng)力機(jī)的扭轉(zhuǎn)負(fù)荷。 3.3.2電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)(Electrically excited synchroBOLLS generator，EESG)變速恒頻直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)如圖4所示，電壓源型逆變器的直流側(cè)提供電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的勵(lì)磁電流，發(fā)電機(jī)發(fā)出的是電壓和頻率都在變化的交流電，經(jīng)整流逆變后變成恒壓恒頻的電能輸入電網(wǎng)。通過調(diào)節(jié)逆變裝置的控制信號可以改變系統(tǒng)輸出的有功功率和無功功率，實(shí)時(shí)滿足電網(wǎng)的功率需要。在變速恒頻直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，整流逆變裝置的容量需要與發(fā)電機(jī)容量相等。圖4 電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

18、采取直驅(qū)方式，發(fā)電機(jī)運(yùn)行在低速狀態(tài)，其電磁轉(zhuǎn)矩相對較大，同時(shí)發(fā)電機(jī)極對數(shù)較多，意味著發(fā)電機(jī)的體積也較大。但由于省去了齒輪箱，系統(tǒng)的效率和可靠性都得到了提高。變換器為全功率變換器，在整個(gè)調(diào)速范圍能使并網(wǎng)電流平滑，具有噪聲低、電網(wǎng)電壓閃變小及功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)主要缺點(diǎn)是系統(tǒng)成本較高，功率變換器損耗較大。 3.3.3永磁同步發(fā)電機(jī)永磁同步發(fā)電機(jī)(Permanent magnet synchronous generator，PMSG)變速恒頻直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示，它采用的電機(jī)是永磁發(fā)電機(jī)，無需外加勵(lì)磁裝置，減少了勵(lì)磁損耗；同時(shí)它無需電刷與滑環(huán)，因此具有效率高、壽命長、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。在定

19、子側(cè)采用全功率變換器，實(shí)現(xiàn)變速恒頻控制。系統(tǒng)省去了齒輪箱，這樣可大大減小系統(tǒng)運(yùn)行噪聲，提高效率和可靠性，降低維護(hù)成本。所以，盡管直接驅(qū)動會使永磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速很低，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)體積很大，成本較高，但其運(yùn)行維護(hù)成本卻得到了降低。采用直接驅(qū)動永磁發(fā)電機(jī)具有傳動系統(tǒng)簡單、效率高以及控制魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)，因此具有越來越大的吸引力。目前已有多家公司可以提供商業(yè)化的多極永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，如Enercon，WinWind等公司。該系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是永磁材料價(jià)格較高，且在高溫下易被去磁，功率變換器容量與發(fā)電機(jī)容量相同，變換器成本較高。圖5 磁同步發(fā)電機(jī)直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)隨著風(fēng)機(jī)單機(jī)容量的增大，齒輪箱的高速傳動部件故障

20、問題日益突出，于是沒有齒輪箱而將主軸與低速多極同步發(fā)電機(jī)直接相接的直驅(qū)式布局應(yīng)運(yùn)而生。但是，低速多極發(fā)電機(jī)重量和體積均大幅增加。為此，采用折中理念的半直驅(qū)布局在大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，如圖6所示。圖6 級齒輪箱驅(qū)動永磁同步發(fā)電系統(tǒng)與直驅(qū)永磁同步發(fā)電系統(tǒng)不同是，半直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在風(fēng)力機(jī)和PMSG之間增加了單級齒輪箱，綜合了DFIG和直驅(qū)PMSG系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。與DGIG系統(tǒng)相比，減小了機(jī)械損耗；與直驅(qū)PMSG系統(tǒng)相比，提高了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，減小了電機(jī)體積。采用全功率變換器，平滑了并網(wǎng)電流，電網(wǎng)故障穿越能力得到提高。4 風(fēng)力發(fā)電場及投資在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝場地選址時(shí)，首先應(yīng)該考慮當(dāng)?shù)氐哪茉?/p>

21、市場的供求情況、負(fù)載的性質(zhì)和每晝夜負(fù)載的動態(tài)變化；在此基礎(chǔ)上，再根據(jù)風(fēng)能資源的情況選擇有利的場地，以獲得盡可能多的發(fā)電量。另外，也應(yīng)考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝和運(yùn)輸方面的情況，以盡可能降低風(fēng)力發(fā)電成本。因此，如何選擇有利的氣象條件，對獲得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最佳氣動性能和最好的經(jīng)濟(jì)效益有著重要意義。4.1風(fēng)電場宏觀選址程序第一階段：參照國家風(fēng)能資源分布區(qū)劃，首先在風(fēng)能資源豐富地區(qū)內(nèi)候選風(fēng)能資源區(qū)，每一個(gè)候選區(qū)應(yīng)具備以下特點(diǎn)：有豐富的風(fēng)能資源，在經(jīng)濟(jì)上有開發(fā)利用的可行性；有足夠面積，可以安裝一定規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；具備良好的地形、地貌，風(fēng)況品位高。第二階段：將候選風(fēng)能資源區(qū)再進(jìn)行篩選，以確認(rèn)其中有開發(fā)前景的場址

22、。在這個(gè)階段，非氣象學(xué)因素，比如交通、通訊、聯(lián)網(wǎng)、土地投資等因素對該場址的取舍起著關(guān)鍵作用。第三階段：對準(zhǔn)備開發(fā)建設(shè)的場址進(jìn)行具體分析，做好以下工作：一是進(jìn)行現(xiàn)場測風(fēng)，取得足夠的精確數(shù)據(jù)。二是確保風(fēng)能資源特性與待選風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)的運(yùn)行特性相匹配。三是進(jìn)行場址的初步工程設(shè)計(jì)，確定開發(fā)建設(shè)費(fèi)用。四是確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出對電網(wǎng)系統(tǒng)的影響。五是評價(jià)場址建設(shè)、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。六是對社會效益的評價(jià)。4.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)選址的原則4.2.1、選擇風(fēng)能質(zhì)量好的地區(qū)在風(fēng)能潛力普查的基礎(chǔ)上，風(fēng)力開發(fā)盡可能選取在風(fēng)能資源豐富的地區(qū)。根據(jù)風(fēng)能資源普查的原則，首先進(jìn)行宏觀的、全國范圍的風(fēng)能資源普查，調(diào)查站點(diǎn)的網(wǎng)格尺度約

23、為100km。這樣我們可以首先做一風(fēng)能資源的大體分布圖，從風(fēng)能區(qū)劃圖上再確定重點(diǎn)風(fēng)能開發(fā)區(qū)。風(fēng)電場應(yīng)該選擇風(fēng)能豐富的開闊地、草原、山口、河谷等風(fēng)速大而少障礙的地方，盡量躲開高山、森林、建筑物等對風(fēng)形成紊流區(qū)的地方，最大限度的利用好風(fēng)能。風(fēng)能質(zhì)量好的地區(qū)一般是指：年平均風(fēng)速達(dá)6m/s以上，年平均有效風(fēng)能功率密度大于300w/m2，風(fēng)頻分布好，可利用小時(shí)數(shù)高，比如風(fēng)速為325m/s的、小時(shí)數(shù)在5000h以上的地區(qū)。避開災(zāi)害性地區(qū)。災(zāi)害性天氣包括風(fēng)暴（如臺風(fēng)、龍卷風(fēng)等）、雷電、電線結(jié)冰、沙塵暴、大雪、鹽霧等。但有時(shí)在選址時(shí)不可避免要將風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在上述地區(qū)，這時(shí)在設(shè)計(jì)與使用時(shí)必須考慮對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)

24、行相應(yīng)的保護(hù)。4.2.2、要有穩(wěn)定的盛行風(fēng)向?qū)τ陲L(fēng)力發(fā)電機(jī)的安裝地點(diǎn)，除了要求風(fēng)能資源好以外，還要有比較穩(wěn)定的風(fēng)向。所謂盛行風(fēng)向就是出現(xiàn)頻率最多的風(fēng)向，這個(gè)我們可以通過風(fēng)向玫瑰圖來了解。有了穩(wěn)定的盛行風(fēng)向，在選址時(shí)就比較容易考慮地形的影響和確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)的布局。4.2.3、風(fēng)速日變化和季節(jié)變化?。?）風(fēng)速日變化。低層風(fēng)速的日變化可以分為大陸型和海上型兩類。（2）風(fēng)速季節(jié)變化。一年中各季各月風(fēng)速大小不同。一般春冬風(fēng)大，夏秋風(fēng)小。風(fēng)速的年變化曲線與年負(fù)載曲線變化趨勢一致時(shí)，風(fēng)況最為理想。4.2.4 風(fēng)力發(fā)電機(jī)高度范圍內(nèi)風(fēng)垂直切變要小 引起風(fēng)的垂直切變的原因有熱力因素也有動力因素。地面不同的粗糙度會

25、引起不同的風(fēng)速廓線，這樣就存在著相當(dāng)大的垂直切變風(fēng)速剖面，這種切變對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作極為不利。因此，應(yīng)盡量選擇下墊面相一致的地點(diǎn)，使風(fēng)的垂直切變盡可能小。4.2.5 湍流強(qiáng)度要小無規(guī)則的湍流給風(fēng)力發(fā)電機(jī)帶來難以預(yù)計(jì)的危害，一方面減小可利用的風(fēng)能，另一方面也使風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生振動和受載不均勻，縮短風(fēng)力發(fā)電機(jī)的壽命，嚴(yán)重時(shí)使葉片發(fā)生不應(yīng)有的損壞。因此，在選址時(shí)應(yīng)盡量避開粗糙的地表面或障礙物?？赡艿脑捠沟蔑L(fēng)輪比附近的障礙物高出67m,離開障礙物的距離也應(yīng)該是障礙物高度的510倍。4.3 風(fēng)能資源的評估資源評估包括收集數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)。資源的評估要考慮到資源的質(zhì)量和它的季節(jié)性以及每日的波動。如果沒有現(xiàn)成

26、的數(shù)據(jù)則至少要在現(xiàn)場監(jiān)測一到兩年的數(shù)據(jù)，從而了解當(dāng)?shù)刭Y源的大概情況。風(fēng)能資源的評估方法可分為統(tǒng)計(jì)分析方法和數(shù)值模擬方法。我國目前主要采用基于氣象站歷史觀測資料的統(tǒng)計(jì)分析方法和數(shù)值模擬方法對風(fēng)能資源進(jìn)行評估。在一個(gè)給定的地區(qū)內(nèi)調(diào)查風(fēng)能資源可劃分為三種基本的風(fēng)能資源評估的規(guī)?；螂A段：（1）區(qū)域的初步識別這個(gè)過程是從一個(gè)相對大的區(qū)域中篩選合適的風(fēng)能資源區(qū)域，篩選時(shí)基于氣象站測風(fēng)資料、地貌、被風(fēng)吹得傾向一側(cè)的樹木和其他標(biāo)志物等。在這個(gè)階段可以選擇合適的測風(fēng)位置。（2）區(qū)域風(fēng)能資源估算這個(gè)階段要采用測風(fēng)計(jì)劃以表征一個(gè)指定區(qū)域或一組區(qū)域的風(fēng)能資源，這些區(qū)域已經(jīng)考慮要發(fā)展風(fēng)電。在這個(gè)規(guī)模上測風(fēng)最基本的目標(biāo)是

27、：確定和驗(yàn)證該區(qū)域是否存在充足的風(fēng)能資源，以支持進(jìn)一步的具體場址調(diào)查；比較各區(qū)域以辨別相對發(fā)展?jié)摿?；獲得代表性資料來估計(jì)選擇的風(fēng)電機(jī)組的性能及經(jīng)濟(jì)性；篩選潛在的風(fēng)電機(jī)組安裝場址。（3）微觀選址 風(fēng)能資源評估的第三步是微觀選址。它用來為一臺或更多風(fēng)力發(fā)電機(jī)組定位，以使風(fēng)電場的全部電力輸出最大，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組排布最佳。選址一般分“初步布局設(shè)計(jì)”和“具體安裝地址選擇”兩步進(jìn)行。4.4 風(fēng)力發(fā)電投資從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，全國風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)比常規(guī)水電和火電廠高出許多，風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)約在2000至3000小時(shí)左右，風(fēng)電單位千瓦平均造價(jià)已從10000元降到8000元左右，設(shè)備占75%左右，基礎(chǔ)設(shè)施占20%，其他占5%。

28、風(fēng)電成本約0.45-0.6元/千瓦時(shí)，另外風(fēng)電場運(yùn)行成本費(fèi)用很低，一旦建成風(fēng)電場就是一源源不斷的造錢機(jī)器。 4.4.1我國風(fēng)電鼓勵(lì)政策。規(guī)定風(fēng)力發(fā)電企業(yè)的增值稅征收減半。原電力部 1994 年就頒布了風(fēng)力發(fā)電場并網(wǎng)管理的規(guī)定， 要求電網(wǎng)收購風(fēng)電場的全部電量國家計(jì)委和科技部也在 1999 年聯(lián)合發(fā)出通知要求“在電網(wǎng)容量許可的條件下電力部門必須全額收購風(fēng)力發(fā)電” 但在實(shí)際執(zhí)行過程中這些政策沒有很好地貫徹由于國家沒有對風(fēng)電上網(wǎng)規(guī)定具體的管理措施對差價(jià)分?jǐn)偩G色電價(jià)和稅收補(bǔ)貼等敏感問題沒有具體規(guī)定所以風(fēng)電的高價(jià)只能在電力系統(tǒng)內(nèi)部如風(fēng)電場所在的地區(qū)電網(wǎng)消化而2003年開始實(shí)行的政府特許經(jīng)營將使此狀況得到一

29、些改進(jìn)2003年5月經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)財(cái)政部和國家稅務(wù)總局聯(lián)合下發(fā)文件規(guī)定對風(fēng)力發(fā)電實(shí)行按增值稅應(yīng)納稅額減半征收的優(yōu)惠政策2003年底國家發(fā)改委出臺了關(guān)于風(fēng)電特許權(quán)項(xiàng)目前期工作管理辦法對風(fēng)電項(xiàng)目所涉及的技術(shù)融資政策等都作了詳盡的規(guī)定風(fēng)電特許權(quán)使風(fēng)電開發(fā)和利用由政府行為變成商業(yè)行為風(fēng)電特許權(quán)在我國可再生能源開發(fā)歷程中將是一個(gè)全新的嘗試希望可以推動我國的風(fēng)電事業(yè)向前邁進(jìn)。 4.4.1 政策因素對風(fēng)電電價(jià)的影響 （1）各種扶持政策對降低風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)均有影響但作用的大小相差懸殊 （2）單一政策一般作用不大免進(jìn)口零部件關(guān)稅的作用較小降價(jià)幅度只有4% 增值稅抵扣降價(jià)作用也只有4% 實(shí)施所得稅2 免3 減半政策可

30、使電價(jià)下降6% （3）復(fù)合政策(即多種政策組合)有較強(qiáng)的降價(jià)作用尤其是免關(guān)稅和免增值稅及所得稅優(yōu)惠的作用更為明顯其上網(wǎng)電價(jià)可下降到0.45 元/kWh 但實(shí)踐證明優(yōu)惠政策越多實(shí)施難度也越大因此需要進(jìn)行合理權(quán)衡和選擇。 綜上所述風(fēng)力發(fā)電場的投資是可靠的，保證了合理的利潤。5 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢隨著各國政策的傾斜和科技的不斷進(jìn)步,世界風(fēng)力發(fā)電發(fā)展迅速,展現(xiàn)出了廣闊的前景.未來數(shù)年世界風(fēng)力發(fā)展的趨勢如下： （1）風(fēng)力發(fā)電從陸地向海面拓展 海面的廣闊空間和巨大的風(fēng)能潛力使得風(fēng)機(jī)從陸地移向海面成為一種趨勢.目前只有少數(shù)國家建立了海上風(fēng)電場,但預(yù)計(jì)從2006 年開始,歐洲的海上風(fēng)力發(fā)電將會大規(guī)模地起飛. （2）單機(jī)容量進(jìn)一步增大 自MW級風(fēng)力機(jī)出現(xiàn)后,風(fēng)力機(jī)的尺寸和發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量增長速度加快.截至2003年,商品化的風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪直徑達(dá)到12