摘要 ：簡述了風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀及瓶頸，提出儲能技術(shù)是克服其瓶頸的手段之一。討論了儲能式發(fā)電機(jī)及其與風(fēng)力機(jī)的匹配問題，最后展望了儲能式發(fā)電機(jī)的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞 ：儲能式發(fā)電機(jī)；風(fēng)力發(fā)電；電能儲存

中圖分類號： TM614　　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

The Application and Development of Discharge Generation on Wind Power Generation

Abstract: This paper has specified the current situation and bottleneck of wind power generation and pointed out that the energy storage technology is one of means of overcoming its bottleneck. The matching problem of discharge generator and its wind fan is discussed and finally the developing outlook of discharge generator is prospected.

Key words: discharge generator; wind power generation; energy storage

1　風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀與風(fēng)電發(fā)展的瓶頸

　　當(dāng)前像立式電風(fēng)扇那樣的水平軸螺旋槳式風(fēng)力機(jī)在全中國遍地豎立起來了，在網(wǎng)絡(luò)上看到：“ 2005 年，中國還只有 50 萬 kW 的風(fēng)電裝機(jī)容量，但在當(dāng)年《可再生能源法》實(shí)施之后，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)連續(xù) 4 年實(shí)現(xiàn)新增裝機(jī)容量翻番， 2008 年中國風(fēng)電裝機(jī) 1221 萬 kW ，已成為亞洲第一、世界第四的風(fēng)電大國，僅排在美國、德國、西班牙之后。”這就看到國家的政策威力是如何之大，同時(shí)也看到了企業(yè)是多么渴望發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)上還說“風(fēng)電不穩(wěn)定而且成本高，這影響到風(fēng)電并網(wǎng)，世界能源理事會中國國家委員會副秘書長李隆興說，風(fēng)電并網(wǎng)最大的問題在于風(fēng)電具有不穩(wěn)定性和不可控性，風(fēng)電上網(wǎng)成本要高于火電和水電，因此對電網(wǎng)來說，風(fēng)電不是好電。這也就增加了風(fēng)電并網(wǎng)的難度。”這里說到了風(fēng)電兩個(gè)根本的薄弱點(diǎn)：成本和穩(wěn)定性。關(guān)于成本，最近網(wǎng)上說多數(shù)新成立的風(fēng)電公司都是從國外購買水平軸螺旋槳式風(fēng)力機(jī)的圖紙，而水平軸螺旋槳式風(fēng)力機(jī)又不是風(fēng)能利用率很高的風(fēng)力機(jī)（請看筆者的“垂直軸流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換裝置”一文，上網(wǎng)輸入此名稱即能查到），制造成本高效率又低，發(fā)出來的電的電價(jià)自然就高了。令人感到遺憾的是我國偏偏就是有那么多的企業(yè)，寧可大量重復(fù)投資、追逐蠅頭微利也不愿冒些風(fēng)險(xiǎn)去爭取更先進(jìn)更高效的新技術(shù)、新產(chǎn)品帶來的第一桶金。一些企業(yè)家對于在自己的產(chǎn)品上打上“ made in china ”（中國制造）非常滿足甚至還有些沾沾自喜，殊不知買來的圖紙生產(chǎn)其實(shí)是在替外國人打工。真正應(yīng)當(dāng)令我國的企業(yè)家感到驕傲不應(yīng)當(dāng)是“ made in china ”而應(yīng)該是“ design in china ” ( 中國設(shè)計(jì) ) 和“ creation in china ” ( 中國創(chuàng)造 ) 。要想自立于世界民族之林，不提倡中國制造和中國發(fā)明肯定是不行的。至于風(fēng)電的不穩(wěn)定性，則是因?yàn)轱L(fēng)速的多變引起的。風(fēng)電必須上網(wǎng)才有意義，但電網(wǎng)是有技術(shù)指標(biāo)的，你發(fā)出來的電忽高忽低，時(shí)而還頻率不穩(wěn)，人家怎么用你的電，風(fēng)電不穩(wěn)定事實(shí)上已經(jīng)成為我國風(fēng)電事業(yè)發(fā)展的瓶頸。

　　現(xiàn)在大量的水平軸螺旋槳式風(fēng)力機(jī)是生產(chǎn)出來了，全國上下也都豎立起這些水平軸螺旋槳式風(fēng)力機(jī)來了，但矛盾也隨之而來了，上網(wǎng)難，上不了網(wǎng)就賺不到錢，就虧本、還不了貸款就得負(fù)債。

2　儲能技術(shù)是克服瓶頸的手段之一

　　當(dāng)前，在風(fēng)力機(jī)用發(fā)電機(jī)方面最前衛(wèi)的當(dāng)推“雙饋異步發(fā)電機(jī)”了，這是一種在風(fēng)力機(jī)輸出軸上增設(shè)一個(gè)附加旋轉(zhuǎn)磁場，這個(gè)附加旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，或稱頻率是可控的，可使風(fēng)力機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速加上附加磁場的轉(zhuǎn)速之和等于工頻（或是 1/2 、 1/4 、、 1/8 工頻，視直驅(qū)式發(fā)電機(jī)的磁極對數(shù)），從而保證了安裝在不動(dòng)的基礎(chǔ)上的發(fā)電機(jī)定子發(fā)出頻率穩(wěn)定的交流電，因?yàn)?，旋轉(zhuǎn)式風(fēng)力機(jī)要保持最高的風(fēng)能利用率，就必須保證尖速比為最佳尖速比，而尖速比是風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與風(fēng)場風(fēng)速的一個(gè)比值，風(fēng)場的風(fēng)速是不穩(wěn)定的，而要求尖速比不變，這就意味著要求風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速必須隨著風(fēng)速的變化而變化。因此用雙饋異步發(fā)電機(jī)就能夠解決上網(wǎng)中交流電的頻率保障問題。

　　用了雙饋異步發(fā)電機(jī)，風(fēng)能最高利用率保障了，輸出頻率也保障了，但穿過風(fēng)力機(jī)葉片掃掠面積的風(fēng)能功率，或者說風(fēng)力機(jī)截獲風(fēng)能并保持以最高的利用率向發(fā)電機(jī)輸入軸輸出的機(jī)械功率都是與風(fēng)速的 3 次方成正比的（見圖 1 最上部的計(jì)算公式），這就是說風(fēng)速變化 1 倍（如加大到 2 倍），發(fā)電機(jī)輸入軸輸入的功率變化將達(dá)到 8 倍。這意味著發(fā)電機(jī)發(fā)出來的電力變化的相對幅度擴(kuò)大了。也就是說雙饋異步發(fā)電機(jī)只解決了效率與頻率的問題，卻不能解決輸出電力的穩(wěn)定性問題。

　　對付電流波動(dòng)的問題，在小功率情況下，人們是有辦法的。即使輸出的直流電波動(dòng)小些的辦法是加設(shè)濾波電容，因?yàn)闉V波電容有削峰填谷的作用。交流電經(jīng)過二極管的整流，變成了波動(dòng)很大的直流電，波動(dòng)很大的直流電還不能用，因?yàn)樗鼤斐稍肼暠尘昂推茐碾娮与娐返恼９ぷ鳌Ｒ虼吮仨殲V波，經(jīng)過濾波，波動(dòng)的直流電波形大大減小了，這主要是因?yàn)殡妷焊邥r(shí)，電容吸收電流，抑制了輸出電壓的上升，而當(dāng)電壓低于平均值時(shí)，電容又放出電流，使輸出電壓不至于迅速下降，因此輸出的直流電平穩(wěn)多了。

　　用電容能抑制波動(dòng)，然而在風(fēng)力發(fā)電上也用電容不行，因?yàn)檫@要用太多的電容，造價(jià)高占地廣不說，而且性能穩(wěn)定可靠容量足夠大的電容在技術(shù)上也不容易做到。如果大功率電力也能夠儲能，對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)來說，就能夠克服風(fēng)電上網(wǎng)的最頑固的不穩(wěn)定瓶頸。

　　圖 1 是描述帶有儲能器的風(fēng)力發(fā)電機(jī)平緩風(fēng)電波動(dòng)的原理圖。

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