風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

3 離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

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通常離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量較小,均屬小型發(fā)電機(jī)組.可按照發(fā)電容量的大小進(jìn)行分類,其大小從幾百W至幾十kW不等.自20世紀(jì)80年代初開始,中國的小型風(fēng)力機(jī)制造業(yè),在政府的支持下,尤其是內(nèi)蒙古自治區(qū)政府的大力扶植,得到了引人矚目的發(fā)展,十幾萬臺(tái)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的生產(chǎn)和推廣應(yīng)用,為遠(yuǎn)離電網(wǎng)的農(nóng)牧民解決了基本的生活用電,尤其是照明和收聽廣播電視,作出了不可磨滅的貢獻(xiàn).據(jù)統(tǒng)計(jì),在20世紀(jì)80 年代初期,國內(nèi)有近百家小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造企業(yè).隨著改革開放的不斷深化以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,這些小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造企業(yè)經(jīng)過內(nèi)部的調(diào)整和外部的整合,根據(jù)中國農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會(huì)小型電源專委會(huì)的統(tǒng)計(jì),到目前為止,全國有23 家小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)生產(chǎn)企業(yè),2005年共生產(chǎn)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)32 433臺(tái),裝機(jī)容量為12 020 kW,產(chǎn)值8 472萬元,利稅為993萬元.國內(nèi)生產(chǎn)的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī),單機(jī)容量從60 W到30 kW不等.

小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)按照發(fā)電類型的不同進(jìn)行分類,可分為直流發(fā)電機(jī)型、交流發(fā)電機(jī)型.較早時(shí)期的小容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般采用小型直流發(fā)電機(jī),在結(jié)構(gòu)上有永磁式及電勵(lì)磁式兩種類型.永磁式直流發(fā)電機(jī)利用永磁鐵提供發(fā)電機(jī)所需的勵(lì)磁磁通;電勵(lì)磁式直流發(fā)電機(jī)則是借助在勵(lì)磁線圈內(nèi)流過的電流產(chǎn)生磁通來提供發(fā)電機(jī)所需要的勵(lì)磁磁通,由于勵(lì)磁繞組與電樞繞組連接方式的不同,又可分為他勵(lì)與并勵(lì)(或自勵(lì))兩種形式.

隨著小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)展,發(fā)電機(jī)類型逐漸由直流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣靼l(fā)電機(jī).主要包括永磁發(fā)電機(jī)、硅整流自勵(lì)交流發(fā)電機(jī)及電容自勵(lì)異步發(fā)電機(jī).其中,永磁發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子無勵(lì)磁繞組,不存在勵(lì)磁繞組損耗,效率高于同容量的勵(lì)磁式發(fā)電機(jī);轉(zhuǎn)子沒有滑環(huán),運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)更安全可靠;電機(jī)重量輕,體積小,工藝簡便,因此在離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中被廣泛應(yīng)用,但其缺點(diǎn)是電壓調(diào)節(jié)性能差.硅整流自勵(lì)交流發(fā)電機(jī)是通過與滑環(huán)接觸的電刷與硅整流器的直流輸出端相連,從而獲得直流勵(lì)磁電流.但是由于風(fēng)力的隨機(jī)波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化,從而引起發(fā)電機(jī)出口電壓的波動(dòng),這將導(dǎo)致硅整流器輸出直流電壓及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的變化,并造成勵(lì)磁磁場的變化,這樣又會(huì)造成發(fā)電機(jī)出口電壓的波動(dòng).因此,為抑制這種連鎖的電壓波動(dòng),穩(wěn)定輸出,保護(hù)用電設(shè)備及蓄電池,該類型的發(fā)電機(jī)需要配備相應(yīng)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器.電容自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)是根據(jù)異步發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí),電網(wǎng)供給的勵(lì)磁電流對(duì)異步感應(yīng)電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢而言是容性電流的特性而設(shè)計(jì)的.即在風(fēng)力驅(qū)動(dòng)的異步發(fā)電機(jī)獨(dú)立運(yùn)行時(shí),未得到此容性電流,須在發(fā)電機(jī)輸出端并接電容,從而產(chǎn)生磁場建立電壓.為維持發(fā)電機(jī)端電壓,必須根據(jù)負(fù)載及風(fēng)速的變化調(diào)整并接電容的數(shù)值.

目前小風(fēng)機(jī)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模不大,年產(chǎn)量僅12 MW,年產(chǎn)值僅8 472萬元.主要以幾百W的小風(fēng)機(jī)為主.

無論是小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的數(shù)量還是單機(jī)容量,主打產(chǎn)品的規(guī)格為200 W和300 W,約占了半壁江山.我國的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)業(yè)總體上是在向好的方向發(fā)展,小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其與太陽能的互補(bǔ)系

統(tǒng)在解決邊遠(yuǎn)地區(qū)無電問題上作出了不可磨滅的貢獻(xiàn).它的功率比同類太陽能系統(tǒng)來得大,能為更多的負(fù)載甚至小型生產(chǎn)性負(fù)載提供電力,它的價(jià)位更易為廣大農(nóng)牧民所接受,如果政府采用小風(fēng)電或風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)來解決農(nóng)村無電問題,則政府的投入將比相同功率的太陽能系統(tǒng)少得多.但是,小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其行業(yè)在發(fā)展中也同樣面臨著困難和挑戰(zhàn).這些困難和挑戰(zhàn),既來自產(chǎn)業(yè)的內(nèi)部,也來自產(chǎn)業(yè)的外部環(huán)境.