风力发电技术的现状与发展趋势
3 离网型风力发电机系统
通常离网型风力发电机组容量较小,均属小型发电机组.可按照发电容量的大小进行分类,其大小从几百W至几十kW不等.自20世纪80年代初开始,中国的小型风力机制造业,在政府的支持下,尤其是内蒙古自治区政府的大力扶植,得到了引人瞩目的发展,十几万台小型风力发电机的生产和推广应用,为远离电网的农牧民解决了基本的生活用电,尤其是照明和收听广播电视,作出了不可磨灭的贡献.据统计,在20世纪80 年代初期,国内有近百家小型风力发电机制造企业.随着改革开放的不断深化以及社会经济的发展,这些小型风力发电机制造企业经过内部的调整和外部的整合,根据中国农村能源行业协会小型电源专委会的统计,到目前为止,全国有23 家小型风力发电机生产企业,2005年共生产小型风力发电机32 433台,装机容量为12 020 kW,产值8 472万元,利税为993万元.国内生产的小型风力发电机,单机容量从60 W到30 kW不等.
小型风力发电机按照发电类型的不同进行分类,可分为直流发电机型、交流发电机型.较早时期的小容量风力发电机组一般采用小型直流发电机,在结构上有永磁式及电励磁式两种类型.永磁式直流发电机利用永磁铁提供发电机所需的励磁磁通;电励磁式直流发电机则是借助在励磁线圈内流过的电流产生磁通来提供发电机所需要的励磁磁通,由于励磁绕组与电枢绕组连接方式的不同,又可分为他励与并励(或自励)两种形式.
随着小型风力发电机组的发展,发电机类型逐渐由直流发电机转变为交流发电机.主要包括永磁发电机、硅整流自励交流发电机及电容自励异步发电机.其中,永磁发电机在结构上转子无励磁绕组,不存在励磁绕组损耗,效率高于同容量的励磁式发电机;转子没有滑环,运转时更安全可靠;电机重量轻,体积小,工艺简便,因此在离网型风力发电机中被广泛应用,但其缺点是电压调节性能差.硅整流自励交流发电机是通过与滑环接触的电刷与硅整流器的直流输出端相连,从而获得直流励磁电流.但是由于风力的随机波动会导致发电机转速的变化,从而引起发电机出口电压的波动,这将导致硅整流器输出直流电压及发电机励磁电流的变化,并造成励磁磁场的变化,这样又会造成发电机出口电压的波动.因此,为抑制这种连锁的电压波动,稳定输出,保护用电设备及蓄电池,该类型的发电机需要配备相应的励磁调节器.电容自励异步发电机是根据异步发电机在并网运行时,电网供给的励磁电流对异步感应电机的感应电动势而言是容性电流的特性而设计的.即在风力驱动的异步发电机独立运行时,未得到此容性电流,须在发电机输出端并接电容,从而产生磁场建立电压.为维持发电机端电压,必须根据负载及风速的变化调整并接电容的数值.
目前小风机产业的规模不大,年产量仅12 MW,年产值仅8 472万元.主要以几百W的小风机为主.
无论是小型风力发电机的数量还是单机容量,主打产品的规格为200 W和300 W,约占了半壁江山.我国的小型风力发电机产业总体上是在向好的方向发展,小型风力发电机及其与太阳能的互补系
统在解决边远地区无电问题上作出了不可磨灭的贡献.它的功率比同类太阳能系统来得大,能为更多的负载甚至小型生产性负载提供电力,它的价位更易为广大农牧民所接受,如果政府采用小风电或风光互补系统来解决农村无电问题,则政府的投入将比相同功率的太阳能系统少得多.但是,小型风力发电机及其行业在发展中也同样面临着困难和挑战.这些困难和挑战,既来自产业的内部,也来自产业的外部环境.
