2.5.2 風力發電技術的發展方向

隨著科技的不斷進步和世界各國能源政策的傾斜，風力發電發展迅速，展現出廣闊的前景，未來數年世界風電技術發展的趨勢主要表現在如下幾個方面。

1．風力發電機組向大型化發展

21世紀以前，國際風力發電市場上主流機型從50kW增加到1500kW。進入21世紀后，隨著技術的日趨成熟，風力發電機組不斷向大型化發展，目前風力發電機組的規模一直在不斷增大，國際上單機容量1～3MW的風力發電機組已成為國際主流風電機組，5MW風電機組已投入試運行。2004年以來，1MW以上的兆瓦級風機占到新增裝機容量的74.90%。大型風力發電機組有陸地相、海上兩種發展模式。陸地風力發電，其方向是低風速發電技術，主要機型是1～3MW的大型風力發電機組，這種模式關鍵是向電網輸電。近海風力發電，主要用于比較淺的近海海域，安裝3MW以上的大型風力發電機，布置大規模的風力發電場。隨著陸地風電場利用空間越來越小，海上風電場在未來風能開發中將占據越來越重要的份額。

2．風電機槳葉長度可變

隨著風輪直徑的增加，風力機可以捕捉更多的風能。直徑40m的風輪適用于500kW的風力機，而直徑80m的風輪則可用于2.5MW的風力機。長度超過80m的葉片已經成功運行，每一米葉片長度的增加，風力機可捕捉的風能就會顯著增加。和葉片長度一樣，葉片設計對提高風能利用也有著重要的作用。目前丹麥、美國、德國等風電技術發達的國家、一些知名風電制造企業正在利用先進的設備和技術條件致力于研究長度可變的葉片技術，這項技術可以根據風況，調整葉片的長度。當風速較低時，葉片會完全伸展，以最大限度地產生電力；隨著風速增大，輸出電力會逐步增至風力機的額定功率，一旦風速超過這一峰點，葉片就會回縮以限制輸電量；如果風速繼續增大，葉片長度會繼續縮小直至最短；風速自高向低變化時，葉片長度也會作相應調整。

3．風機控制技術不斷提高

隨著電力電子技術的發展，近年來發展的一種變速風電機，取消了沉重的增速齒輪箱，發電機軸直接連接到風力機軸上，轉子的轉速隨風速而改變，其交流電的頻率也隨之變化，經過置于地面的大功率電力電子變換器，將頻率不定的交流電整流成直流電，再逆變成與電網同頻率的交流電輸出。由于它被設計成在幾乎所有的風況下都能獲得較大的空氣動力效率，從而大大地提高了捕捉風能的效率。試驗表明。在平均風速每秒6.7m時，變速風電機要比恒速風電機多捕獲15%的風能。同時，由于機艙質量減輕和改善了傳動系統各部件的受力狀況，可使風電機的支撐結構減輕，從而設施費用得到降低，運行維護費用也較低。這種技術經濟上可行，特有較廣泛的應用前景。

4．風力發電從陸地向海面拓展

海上有豐富的風能資源和廣闊平坦的區域，風速大且穩定，利用小時數可達到30多小時。同容量裝機，海上比陸上成本增加60%，電量增加50%以上。隨著風力發電的發展，陸地上的風機總數已經趨于飽和，海上風力發電場將成為未來發展的重點。雖然近海風電場的前期資金投入和運行維護費用都要高得多。但大型風電場的規模經濟使大型風力機變得切實可行。為了在海上風場安裝更大機組，許多大型風力機制造商正在開發3～5MW的機組，多兆瓦級風力發電機組在近海風力發電場的商業化運行是國內外風能利用的新趨勢。從2006年開始，歐洲的海上風力發電開始大規模起飛，到2010年，歐洲海上風力發電的裝機容量將達到10000MW。目前德國正在建設的北海近海風電場，總功率在100萬kW，單機功率為5MW，是目前世界上最大的風力發電機，該風電場生產出來的電量之大，可與常規電廠相媲美。

5．采用新型塔架結構

目前，美國的幾家公司正在以不同方法設計新型塔架，采用新型塔架結構有助于提高風力機的經濟可行性。Valmount工業公司提出了一個完全不同的塔架概念，發明了由兩條斜支架支撐的非錐形主軸。這種設計比鋼制結構堅固12倍，能夠從整體上降低結構中無支撐部分的成本，是傳統簡式風力機結構成本的一半。用一個活動提升平臺，可以將葉輪等部件提升到塔架頂部。這種塔架具有占地面積少和自安裝的特點，由于其成本低且無需大型起重機，拓寬了風能利用的可用場址。