一 风力发电技术

（一）风力发电的基本原理和特点

1.风力发电的基本原理

空气流动现象称为风，风力发电机组（简称风电机组）的风轮将风的动能转换成机械能，再驱动发电机输出电能。风电机组的输出功率与空气密度、风轮旋转平面的面积和风速的立方成正比，可用下式表示：P=0.5ηρAV³

式中P为风电机组的输出功率（千瓦），η为风电机组的总效率，ρ为空气密度（千克/立方米），A为风轮旋转平面的面积（平方米），V为风速（米/秒）。

风电机组运行时在达到额定功率之前，功率和风速的立方成正比，即风速增加1倍，输出功率增加8倍，因此风速是风能资源和影响风力发电成本的关键因素。

2.风力发电的特点

（1）风力发电的环境效益好。生产电能的过程不排放任何有害气体和废弃物，也不消耗水资源。多风的地方往往是山地、荒滩或草原，风电机组基础和道路实际使用的面积很小，在草原上不影响牧业生产。

（2）风电场可以分散建设。与常规的火电厂和水电站比较，风电由于单机容量小，可以分散建设，基建周期短。风能资源分布的地域辽阔，有些地方资源比较丰富而且具有电力负荷，分散安装风电机组可以就地消纳电量，减少长距离输电的损失。

（3）风的能量密度低和转换设备价格高，使风力发电相对于燃煤火电发电成本还比较高，但两者差距将逐步减小。风电技术的进步、机组可靠性的提高、生产批量的增大已经使占项目总投资70%的风电机组成本下降，而火电使用的不可再生的化石燃料价格将持续上升。

（4）风电机组运行条件恶劣。风电机组设备的机体庞大，风轮直径和塔架高度都达到70～160米，常年在野外运行，除了承受风向、风速频繁变化引起的复杂剧烈的交变载荷，还要耐受各种恶劣气候环境，例如台风、沙尘暴、雷暴、湿热、低温、覆冰和盐雾等。风电机组的设计寿命是20年，对机组可靠性和运行维护的要求很高。

（5）风电是一种波动和间歇性电源。由于风速随时在变化，风电机组输出的电能也在改变，因此离网风电系统需要蓄电池储存电能，在无风或小风期间用电时由蓄电池供电。并网风电输出的电能由大电网输送和消纳，当风电在电网中所占比例相当大的情况下，需要对风电的输出功率进行预报，供电网调度部门参考。电力系统内设置抽水蓄能电站等调峰电源，可以减少风电波动性的影响。

（二）风力发电的运行模式

风力发电有多种运行模式，主要分为离网风电和并网风电两大类。

1.离网风电

离网风电是在没有公共电网的地方，风电机组配置蓄电池，组成离网风电系统，或与太阳能光伏电池、柴油发电机等多种能源联合组成独立供电系统，满足没有电网地区用电的迫切需求。

2.并网风电

并网风电是在电网通达区域风电机组并网运行，又可分为三种方式。

（1）分布式风电。用电户安装风电机组，所发电力首先供给自己的电器使用，多余电力送入电网，不足电力由电网供给。

（2）分散式风电。风电机组所发全部电力送入当地配电网，在覆盖范围内就地消纳。

（3）集中式风电。由多台风电机组组成风电场，所发电力通过场内升压变电站并入高电压等级（110千伏及以上）大电网，远距离输送到电力负荷中心。

（三）风力发电的主要技术简介

1.风能资源评估技术

风能资源是在某个区域能否发展风力发电的基本依据。风能资源的丰富或欠缺的程度用风功率密度等级来描述，开发潜力用风能资源技术开发量来表示。

（1）风特性。描述大气边界层中距离地面约100米的近地层空气运动性质。风特性包括风速、风向、脉动风速和极端风速等。

风速，单位时间内空气移动的水平距离（单位：m/s）。风速可以用瞬时风速、平均风速、最大风速、极大风速和风速频率分布等表示。

风向，风的来向。一般用风向玫瑰图来描述风向的方位变化特征。最大数值表示该风向所在区域的盛行风向或主导风向。

（2）风的测量系统。主要针对风电场的风速和风向的测量，用测风塔来测量。系统由传感器、数据采集器、通信传输和电源等组成。按照测风区域的地形特征，选择估计能够代表当地平均风能资源状况的地点设立测风塔。塔上至少在三层高度安装测风仪，以便观测风速随高度的变化。其中最低层在10米高度，因为公共气象站对风的常规观测设置在10米高度处，现场测风结果便于与附近气象站的测风数据进行比较，找出相关性的