在可再生能源發(fā)電領域，風力發(fā)電一直是行業(yè)的領跑者。目前中國風電裝機容量已達2268萬千瓦，累計發(fā)電量達516億千瓦時。中國已經計劃進一步發(fā)展風力發(fā)電，預計風力發(fā)電在2020年將至少達到1.5億千瓦的裝機容量，爭取在2030年和2050年實現(xiàn)3億和5億千瓦，屆時風力發(fā)電將在發(fā)電總量中占10%和20%以上。

歐洲是全球風力發(fā)電的主場。即使在金融危機的重災區(qū)歐洲在2009年也增加了577兆瓦風力發(fā)電能力，較2008年373兆瓦增加了54%。據歐洲風能協(xié)會預計，2010年歐洲將建成10個海上風電場，增加10億瓦，相當于比2009年的裝機容量增加75%。

借助自然界的風力推動渦輪機產生電能的發(fā)電方式不污染空氣，可以稱得上是一種清潔能源。和其它清潔能源相比，風電是目前應用最廣的再生能源，在歐洲各國已經廣泛投入了使用。

海上風電場將是主流趨勢

從風電上網的價格來看，也比其它新能源低廉。一般火電上網的價格約在0.3元/千瓦時左右，而風電上網價在0.51元/千瓦時~0.61元/千瓦時，比太陽能發(fā)電更接近傳統(tǒng)電價。平易近人的價格也是風電獲得各國政府大力推動的原因。目前，一個風電場的投資成本折算到每千瓦造價約為8000元/千瓦左右，在風電場投資總成本中占據70%~75%的風電機組每千瓦價格成本從2007年以來一路下滑(2007年初：6700元/千瓦；2008年：6300元左右平均；2009年底：5000元/千瓦)，平均每個月就有100元/千瓦左右的降幅。

ADI技術業(yè)務經理張松剛表示，未來隨著風力發(fā)電技術的改進，風力發(fā)電機組將越來越便宜和高效。隨著風力發(fā)電機組的單機容量增加，同樣的裝機容量需要更少數目的機組，這樣就減少了基礎設施的投入費用，進而節(jié)約了風力發(fā)電的成本。

在各種新能源中，風力發(fā)電的技術相對成熟，產業(yè)化程度較高。嘉興斯達半導體有限公司副總裁許浩平說，風力發(fā)電塔架的高度將不斷增加。增加風電塔的高度可以捕獲更多風力資源從而提高發(fā)電量，而增加風電塔高度的費用要比大容量風力發(fā)電機的花費便宜。伴隨塔架增高的是風力渦輪機槳葉的長度也不斷增長。“更強捕捉風能的能力對于槳葉材料的要求也越來越高。”許浩平補充說道。

圍繞風力發(fā)電的最大爭議在于風力發(fā)電場占地面積對于土地金貴的城市來說是不可接受的，因此出現(xiàn)了大部分風力發(fā)電場建造在人煙稀少的西北地區(qū)。但人口密集的沿海城市才是消耗能源的大戶，風電場遠離電力負荷中心，給風電的傳輸、接入電網構成一定的障礙。而海上風電開發(fā)不僅靠近沿海城市，風力資源優(yōu)于內陸，而且不占用土地資源。

張松剛表示，海上風力發(fā)電悄然興起，并將成為重要的能源形式。在上海世博會期間，上海東海大橋海上風電場已經順利并網投入使用。

“風力發(fā)電場正從內陸及大陸沿海逐步往海上發(fā)展，目前海上風電場已成為全球發(fā)展風電的熱點。”許浩平指出，“這主要是因為海上風力資源豐富，更大單機容量機組的安裝比陸上更容易實現(xiàn)。”

智能動態(tài)控制風電系統(tǒng)

盡管世界各地都如火如荼地展開風力發(fā)電場的建設，但是風力發(fā)電是低密度能源，具有不穩(wěn)定性和隨機性的特點，使風力發(fā)電設計面臨諸多挑戰(zhàn)。

“風能的利用最終取決于與電網并網的實現(xiàn)，而實現(xiàn)并網最主要的要求就是輸出頻率、電壓和相位要保持與電網一致，”許浩平解釋，這一要求在恒定的風速和風力下是比較容易實現(xiàn)的，但現(xiàn)實是風速和風力都在不斷變化，因此如何將多變的風力電能轉換成穩(wěn)定的電能是風力發(fā)電系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)。“風電早期均采用變槳距和變速箱等技術來實現(xiàn)，但現(xiàn)今主流技術主要以智能控制技術為主。”

ADI Processor-DS亞洲業(yè)務區(qū)域經理陸磊認為，風力發(fā)電的主要挑戰(zhàn)來自風電系統(tǒng)動態(tài)控制。由于風無時無刻不在變化，為了最大限度的利用風能，提高風力發(fā)電的效率，必須要對風力發(fā)電系統(tǒng)進行實時的控制。

陸磊說：“對于發(fā)電系統(tǒng)，大多數系統(tǒng)設計的任務是執(zhí)行實時控制算法，因此大多數的控制系統(tǒng)采用了高性能的處理器或DSP，其中所用的DSP要能夠滿足一系列需求。”

他表示，ADI的浮點處理器特別適合用于應對風電控制算法的復雜性。其中SHARC浮點處理器作為核心算法處理器為業(yè)界提供了一種可行的解決方案，來滿足設計風力發(fā)電系統(tǒng)的所有關鍵需求。除了能解決上述的挑戰(zhàn)，SHARC處理器還使開發(fā)人員可以用一種非常靈活的方式將內部存儲器分為數據和程序存儲器，使應用程序能適應未來需求的變化而無需改動硬件。

此外，他還提到，對必須在100微秒或更少時間內執(zhí)行的實時處理運算而言，速度也是一個關鍵因素。另外，風電系統(tǒng)的必要條件是充足的處理器內存，以避免造成處理延遲的等待狀態(tài)。“此外，內部存儲器可減少外部器件的數量，能最大限度地減少電路板設計中的EMI問題。”陸磊強調。

此外，張松剛還提到成本和價格因素也是阻礙風力發(fā)電增長的主要原因之一。“風電開發(fā)最大的瓶頸之一就是一次性投入巨大，單位成本較火電、水電高。”此外，長期維護也是一個不小的負擔。張松剛指出，風力發(fā)電在實際開發(fā)過程里還受其它一些因素的制約，如風電場建設須綜合考慮交通、地質、環(huán)境保護、與電網的連接條件等因素等。

智能電網有望打破風電瓶頸

風力發(fā)電對改善能源結構、提高多種復合能源的利用率起到了關鍵作用，但風力發(fā)電，特別是大規(guī)模的風力發(fā)電一旦實現(xiàn)并網運行將會給傳統(tǒng)電網帶來很大影響。

風電本身是一個間歇性不可控的能源，并入傳統(tǒng)電網之后，整個能源系統(tǒng)都要進行相應的調整。隨著風電單機容量的提升，發(fā)電峰谷差也逐漸加大，給發(fā)電調度和電網安全造成更大的沖擊。

張松剛分析，首先由于風力發(fā)電的原動力不可控，發(fā)電輸出的電能具有波動性和間歇性，當風力發(fā)電并網規(guī)模達到一定程度是將會改變電網的潮流分布，傳統(tǒng)電網的潮流控制將發(fā)生重大改變，會直接影響電網的穩(wěn)定性。其次，由于風力發(fā)電的不確定性，所帶來的風能功率的波動性而使得電網電能質量的下降。

“風力發(fā)電與太陽能發(fā)電一樣也會有孤島效應，采用傳統(tǒng)的電網保護及測控設備都無法滿足要求，需要更新型的電網保護及控制設備；風力發(fā)電也需要更多的儲能設備加入電網。”張松剛強調，傳統(tǒng)電網很難滿足大規(guī)模風力發(fā)電的并網接入，發(fā)展智能電網將是非常迫切的。

風力發(fā)電并網難的困境，導致大部分的風力發(fā)電設施在夜間風力發(fā)電高峰期停運，傳統(tǒng)電網缺少消化和輸送能力白白浪費了大量能源。風力發(fā)電場占用土地資源廣，因此目前中國大部分風電場建造在偏遠地區(qū)。許浩平指出，風電場所處地區(qū)配電網較落后，給風電并網造成一定困難。

而智能電網可以有效地優(yōu)化電網調度、合理配置電源輸送、增強電網抗故障能力，因此智能電網被視為打破風電瓶頸的突破口。

顯然，智能電網比傳統(tǒng)電網具有更強大的兼容性，為風電的發(fā)送、調配鋪平了道路。張松剛指出，智能電網會增加更多的儲能環(huán)節(jié)、更合理的分配能源消耗與調節(jié)電能流向、更多的引入電力電子裝置區(qū)改善電能質量、根據不同的用戶需求更好的調節(jié)供需雙方的電能平衡、高智能及網絡化的保護與控制設備的逐步推廣使用等諸多方面緩解風力發(fā)電并網所帶來的問題，并提高綠色能源在整個電網的利用率。

許浩平認為，在未來的幾年中智能電網在標準化、自動化和互動化方面還需加強，使其真正成為一個電力行業(yè)中的互聯(lián)網。

風電場防雷解決方案

雷一般可分為直擊雷和感應雷，直擊雷能量太大，一般只有大地才能夠承接，因此一般只能用引雷針來保護暴露在野外的電子設備。對風電場來說，盡管風塔采用金屬外殼，但為安全起見，最好還是要用引雷針或避雷針。

目前業(yè)內能提供引雷針的供應商主要有愛麗達、杜爾梅森和深圳雷晟，雷晟除了擁有自己品牌的引雷針以外，還代理前面兩家的引雷針產品。

風電場的機房防雷方案與基站大致相同，主要防雷目標是可能會受到從電源線過來的感應雷影響的電子設備，如逆變器。這一般采用由MOV(壓敏電阻)和GDT(氣體放電管)構成的組合防雷方案。目前業(yè)內主要的MOV供應商有Littelfuse、TDK-EPC、泰科電子、合肥宇潛電氣科技，GDT供應商主要有泰科電子、TDK-EPC、DEHN、OBO、深圳檳城電子，深圳天順和雷晟都是DEHN防雷器的代理商。

不管是保護交流110V/220V開關電源還是48V直流開關電源，傳統(tǒng)的防雷解決方法是：第一級防雷采用GDT，第二級防雷采用MOV。

MOV為業(yè)界廣泛采用的主要原因是有耐沖擊電流大、響應時間快和成本低的優(yōu)點，但眾所周知，MOV存在技術上至今無法突破的瓶頸，MOV在未受沖擊前，具有較好的絕緣阻抗，即漏電流很低；但當遭受感應雷的沖擊后，壓敏電阻會劣化，導致絕緣阻抗下降，漏電流加大，隨著外界的沖擊加劇，這種漏電流會加大導致電路板燒壞甚至短路起火。

目前業(yè)界采用了二種方法來解決這一問題，一是將壓敏電阻封殼，但這是一個治標不治本的方法，二是串入保險絲的方法，但這一種方法會出現(xiàn)一個矛盾：如果為防止較小的漏電流而使用較小電流的保險絲，這時通流量也會降低，否則較大的雷擊電流會燒壞小電流保險絲；如果為提高通流量而采用較大電流的保險絲，這時稍小的漏電流仍然會燒壞電路板的其它元件，甚至還會出現(xiàn)壓敏電阻燒壞了保險絲還沒有動作的情況。

陶瓷GDT雖然反應速度較MOV慢，但它是一種開關器件，遭雷擊時可快速泄放大電流，但它在遭雷擊后的導通壓降很低，一般只有10V左右，若直接與MOV并接在待保護電路的兩端，陶瓷GDT會一直處于導通狀態(tài)，也即存在業(yè)界所講的續(xù)流問題。

為了解決GDT的續(xù)流和MOV的漏電流問題，目前業(yè)內在交流開關電源上采用的方法是：第一級GDT再串接一個MOV，第二級采用兩個MOV串接，再在其中間接一個GDT到地，這樣不僅解決了第二級MOV遭雷擊時的電流泄放問題，而且有效解決了第一級的GDT續(xù)流和MOV漏流問題。

如果是48V直流開關電源，防雷解決方案還可以再簡化，第一級仍舊可采用GDT串接MOV的方法，第二級可采用一個MOV進一步降低雷擊尖峰電壓，但也可采用一個TVS二極管來替代。

如果能有效提高GDT的導通電壓，那么就不需再采用鉗位型MOV，也就是說可以拿掉第一級體積很大的MOV。幸運的是，最近深圳檳城電子率先在業(yè)內做到了這一點。它們從技術上突破了這一問題的瓶頸，開發(fā)出了命名為BH601的無續(xù)流陶瓷氣體放電管，它將導通電壓值提高到60V以上，從而可以直接用在48V直流電源的防雷防護上。

與傳統(tǒng)的壓敏電阻方案相比，BH601不僅從根本上解決了漏流的問題，而且陶瓷GDT的結構特點也決定了其在通流等級上可以輕松實現(xiàn)。BH601最大耐沖擊電流高達20KA，絕緣電阻超過1G歐姆，響應時間小于200ns，而且尺寸僅有8.3×24.8mm。

檳城電子FAE主管葉毓明說：“BH601是目前業(yè)內第一款真正的無續(xù)流GDT，而且現(xiàn)已通過了華為嚴格的實驗室測試。”

檳城電子是深圳一家專攻SMD陶瓷GDT的民營企業(yè)，目前主要有三個系列的產品。第一是BS系列小型化SMD GDT，最大耐沖擊電流達到500A，最小尺寸已做到1206。葉毓明表示：“1206是目前業(yè)內做到的最小尺寸SMD GDT，該系列GDT的每月出貨量目前已達到2-3KK。”

第二是BS系列半導體放電管TSS，今年7月底一條新的封裝線進入量產，目前每月出貨量在4KK以上。第三是BV系列瞬態(tài)抑制二極管TVS。

目前檳城電子的產品質量和性能已相當接近TDK-EPC。例如，TDK-EPC的GDT最高性能為：最大耐沖擊電流100KA，沖擊擊穿電壓為5.5KV，絕緣電阻為1G歐姆，寄生電容為0.5pF；檳城電子GDT的最高性能為：最大耐沖擊電流20KA，沖擊擊穿電壓7.5KV，絕緣電阻大于1G歐姆，寄生電容小于0.6pF。