風力發電技術的現狀與發展趨勢

3 離網型風力發電機系統

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通常離網型風力發電機組容量較小,均屬小型發電機組.可按照發電容量的大小進行分類,其大小從幾百W至幾十kW不等.自20世紀80年代初開始,中國的小型風力機制造業,在政府的支持下,尤其是內蒙古自治區政府的大力扶植,得到了引人矚目的發展,十幾萬臺小型風力發電機的生產和推廣應用,為遠離電網的農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.據統計,在20世紀80 年代初期,國內有近百家小型風力發電機制造企業.隨著改革開放的不斷深化以及社會經濟的發展,這些小型風力發電機制造企業經過內部的調整和外部的整合,根據中國農村能源行業協會小型電源專委會的統計,到目前為止,全國有23 家小型風力發電機生產企業,2005年共生產小型風力發電機32 433臺,裝機容量為12 020 kW,產值8 472萬元,利稅為993萬元.國內生產的小型風力發電機,單機容量從60 W到30 kW不等.

小型風力發電機按照發電類型的不同進行分類,可分為直流發電機型、交流發電機型.較早時期的小容量風力發電機組一般采用小型直流發電機,在結構上有永磁式及電勵磁式兩種類型.永磁式直流發電機利用永磁鐵提供發電機所需的勵磁磁通;電勵磁式直流發電機則是借助在勵磁線圈內流過的電流產生磁通來提供發電機所需要的勵磁磁通,由于勵磁繞組與電樞繞組連接方式的不同,又可分為他勵與并勵(或自勵)兩種形式.

隨著小型風力發電機組的發展,發電機類型逐漸由直流發電機轉變為交流發電機.主要包括永磁發電機、硅整流自勵交流發電機及電容自勵異步發電機.其中,永磁發電機在結構上轉子無勵磁繞組,不存在勵磁繞組損耗,效率高于同容量的勵磁式發電機;轉子沒有滑環,運轉時更安全可靠;電機重量輕,體積小,工藝簡便,因此在離網型風力發電機中被廣泛應用,但其缺點是電壓調節性能差.硅整流自勵交流發電機是通過與滑環接觸的電刷與硅整流器的直流輸出端相連,從而獲得直流勵磁電流.但是由于風力的隨機波動會導致發電機轉速的變化,從而引起發電機出口電壓的波動,這將導致硅整流器輸出直流電壓及發電機勵磁電流的變化,并造成勵磁磁場的變化,這樣又會造成發電機出口電壓的波動.因此,為抑制這種連鎖的電壓波動,穩定輸出,保護用電設備及蓄電池,該類型的發電機需要配備相應的勵磁調節器.電容自勵異步發電機是根據異步發電機在并網運行時,電網供給的勵磁電流對異步感應電機的感應電動勢而言是容性電流的特性而設計的.即在風力驅動的異步發電機獨立運行時,未得到此容性電流,須在發電機輸出端并接電容,從而產生磁場建立電壓.為維持發電機端電壓,必須根據負載及風速的變化調整并接電容的數值.

目前小風機產業的規模不大,年產量僅12 MW,年產值僅8 472萬元.主要以幾百W的小風機為主.

無論是小型風力發電機的數量還是單機容量,主打產品的規格為200 W和300 W,約占了半壁江山.我國的小型風力發電機產業總體上是在向好的方向發展,小型風力發電機及其與太陽能的互補系

統在解決邊遠地區無電問題上作出了不可磨滅的貢獻.它的功率比同類太陽能系統來得大,能為更多的負載甚至小型生產性負載提供電力,它的價位更易為廣大農牧民所接受,如果政府采用小風電或風光互補系統來解決農村無電問題,則政府的投入將比相同功率的太陽能系統少得多.但是,小型風力發電機及其行業在發展中也同樣面臨著困難和挑戰.這些困難和挑戰,既來自產業的內部,也來自產業的外部環境.