简述风力发电的发展方向新能源技术及应用作业精

一、简述风力发电的发展方向

1.1 风能概述

风能是取之不尽、用之不竭、洁净无污染的可再生能源。可再生能源包括风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等。风力发电是可再生能源领域中除水能外技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。发展风力发电对于调整能源结构、减轻环境污染、解决能源危机等方面有着非常重要的意义。

1.2 风能资源

中国风能资源丰富，具有良好的开发前景，发展潜力巨大。据最新风能资源普查初步统计成果，中国陆上离地10m高度风能资源总储量约43. 5亿kW，居世界第1位。其中, 技术可开发量为2. 5亿kW, 技术可开发面积约20万km2, 此外，还有潜在技术可开发量约7900万kW。另外，海上10m高度可开发和利用的风能储量约为7. 5亿kW。全国10m高度可开发和利用的风能储量超过10亿kW，仅次于美国、俄罗斯居世界第3位。陆上风能资源丰富的地区主要分布在三北地区(东北、华北、西北)、东南沿海及附近岛屿。

1.2.1 东南沿海地区风能丰富带

东南沿海受台湾海峡的影响，每当冷空气南下到达海峡时，由于峡管效应使风速增大。冬春季的冷空气、夏秋的台风，都能影响到沿海及其岛屿，是中国风能最佳丰富区。中国有海岸线约1800km，岛屿6000多个，是风能大有开发利用前景的地区。沿海及其岛屿风能丰富带，年有效风功率密度在200W/m以上，风功率密度线平行于海岸线，沿海岛屿风功率密度在500W/m以上，如台山、平潭、东山、南麂、大陈、嵊泗、南澳、马祖、马公、东沙等，年有效风速( 4-25m/s)时数约在7000-8000h。这一地区特别是东南沿海，由海岸向内陆是丘陵连绵，风能丰富地区仅在距海岸50km之内。而且海上风电场距离电力负荷中心很近。随着海上风电场技术的发展成熟，经济上可行，将来必然会成为重要的可持续能源。

1.2.2 海上风能丰富区

中国海上风能资源丰富，10m高度可利用的风能资源约7. 5亿kW。海上风速高，很少有静风期，可以有效利用风电机组发电容量。海水表面粗糙度低，风速随高度的变化小，可以降低风电机组塔架高度。海上风的湍流强度低，没有复杂地形对气流的影响，可减少风电机组的疲劳载荷，延长使用寿命。一般估计海上风速比平原沿岸高20%，发电量增加70%，在陆上设计寿命20年的风电机组在海上可达以下，年有效风速( 4-25m/s)时数在3000h以下。但是在一些地区由于湖泊和特殊地形的影响，风能也较丰富，如鄱阳湖附近较周围地区风能大, 湖南衡山、湖北的九宫山、河南的嵩山、山西的五台山、安徽的黄山、云南太华山等也较平地风能为大。

1.3 风力发电

1.3.1 风力发电的发展阶段

中国风力发电始于20世纪80年代，发展相对滞后，但起点较高，主要经历了3个重要的发展阶段。

第1阶段：1985-1995年试验阶段，此阶段主要是利用丹麦、德国、西班牙政府贷款，进行一些小项目的示范。欧洲风电大国利用本国贷款和赠款的条件，将它们的风机在中国市场进行试验运行，积累了大量的经验。同时中国的国家风电规划中设立的国产风机攻关项目，也取得了初步成果。

第2阶段：1995-2003年在第1阶段取得的成果基础上，中国各级政府相继出台了各种优惠的鼓励政策。科技部通过科技攻关和国家863高科技项目促进了风电技术的发展，原经贸委、计委分别通过双加工程、国债项目、乘风计划等项目促进风电的持续发展。

第3阶段：2003年至今中国国家发展和改革委员会通过风电特许权经营，下放50MW以下风电项目审批权，要求国内风电项目、风电机组设备国产化比例不小于70%等政策，扶持和鼓励国内风电制造业的发展，使国内风电市场的发展进入到一个高速发展的阶段。

中国2006年新增装机1347MW，比以前翻了一番还多，比2005年增加

106.4%，2006年风电累计装机为2604MW，是世界第6大市场；中国2007年新增装机3304MW，比2006年增加126.9%，2007年风电累计装机为5908MW，是世界第5大市场；中国2008年新增装机6 300MW，比2007年增加106.6%，2008年风电累计装机为12210MW，是世界第4大市场。自从2006年1月1日开始实施可再生能源法后，2006年中国风电市场稳步发展，2007年提前3年实现了2010年中国风电5000MW的发展目标。并且2008年新增装机容量超过了

2007年以前装机容量的总和。

1.3.2 风力发电趋势

(1) 风力发电成本将大幅度降低

风力发电相对于太阳能、生物质能等其它可再生能源技术更为成熟、成本更低、对环境破坏更小。在过去20多年里，风力发电技术不断取得突破，规模经济性日益明显。随着风力发电技术的改进，风力发电机组将越来越便宜和高效。增大风力发电机组的单机容量就减少基础设施的投入费用，而且同样的装机容量需要更少数目的机组，这也节约了成本。随着融成本的降低和开发商的经验丰富，项目开发的成本也相应得到降低。风力发电机组可靠性的改进也减少了运行维护的平均成本。

(2) 风电设备国产化比例提高

2005年7月，国家发展和改革委关于风电建设管理有关要求的通知中明确规定：风电设备国产化率要达到70%以上。实现风力发电技术装备国产化的目的是提高中国风力发电装备的制造能力和技术水平，降低风力发电成本，提高市场竞争能力，为推动中国风力发电技术大规模商业化发展奠定基础。加大风力发电机组的国产化力度，一方面可为风力发电场建设采用国产设备提供优质廉价的选择；另一方面，也可迫使国外同类企业在参与中国市场竞争时大幅度降低

产品价格。有理由相信，随着中国风电设备制造能力不断增强和国产化比例的提高，中国生产的风电设备技术水平将进一步提高，同时风电设备的价格亦将进一步降低。

(3) 海上风力发电悄然兴起并将成为重要能源形式

海上有着丰富的风能资源和广阔平坦的区域，使得近海风力发电技术成为近来研究和应用的热点。兆瓦级风力发电机组在近海风力发电场的商业化运行是国内外风能利用的新趋势。随着风力发电的发展，陆地上的风机总数将趋于饱和，海上风力发电场将成为未来发展的重点。海上发电也是近年来国际风力发电产业发展的新领域，中国海上风能资源储量远大于陆地风能资源储量，10m高度可开发利用的风能资源超过7. 5亿kW，而且海上风电场距离电力负荷中心很近。到2010年，海上的风力发电总装机容量将达到200-300MW。目前，中国正在进行江苏近海风电规划研究，上海已经开始海上风力发电建设准备工作。上海东海大桥海上风电场示范工程位于杭州湾北岸,风电场布置在东海大桥两侧，设计装机容量为102MW( 3403MW)，年利用小时数2624h，年上网电量2. 68亿kWh。风

电机组选用大连华锐SL3000/90型，目前该工程正在建设之中。

(4) 风力发电机组不断向大型化发展

随着现代风力发电技术发展的日趋成熟，风力发电机组正不断向大型化发

展。2002年前后，国际风力发电市场上主流机型已经达到1. 5MW以上。目前，欧洲已批量生产安装3. 6MW风力发电机组，美国已研制成功7MW风力发电机组，而英国正在研制巨型风力发电机组，中国研制成功的最大功率风力发电机是

2-3MW，国产风电机组目前的主流机型为1. 5MW。

1.4 风力发电技术的发展方向

风力发电有三种运行方式：一是独立运行方式，通常是一台小型风力发电机

向一户或几户提供电力，它用蓄电池蓄能，以保证无风时的用电；二是风力发电

与其他发电方式（如柴油机发电）相结合，向一个单位或一个村庄或一个海岛供

电；三是风力发电并入常规电网运行，向大电网提供电力，常常是一处风电场安

装几十台甚至几百台风力发电机，这是风力发电的主要发展方向。

在风力发电系统中两个主要部件是风力机和发电机。风力机向着变浆距调节

技术、发电机向着变速恒频发电技术，这是风力发电技术发展的趋势，也是当今

风力发电的核心技术。

1.4.1 风力机的变浆距调节

风力机通过叶轮捕获风能，将风能转换为作用在轮毂上的机械转矩。

变距调节方式是通过改变叶片迎风面与纵向旋转轴的夹角，从而影响叶片的

受力和阻力，限制大风时风机输出功率的增加，保持输出功率恒定。采用变距调

节方式，风机功率输出曲线平滑。在额定风速以下时，控制器将叶片攻角置于零

度附近，不做变化，近似等同于定浆距调节。在额定风速以上时，变浆距控制结

构发生作用，调节叶片攻角，将输出功率控制在额定值附近。变浆距风力机的起

动速度较定浆距风力机低，停机时传递冲击应力相对缓和。正常工作时，主要是

采用功率控制，在实际应用中，功率与风速的立方成正比。较小的风速变化会造

成较大的风能变化。

由于变浆距调节风力机受到的冲击较之其它风力机要小得多，可减少材料使

用率，降低整体重量。且变距调节型风力机在低风速时，可使桨叶保持良好的攻

角，比失速调节型风力机有更好的能量输出，因此比较适合于平均风速较低的地

区安装。

变距调节的另外一个优点是，当风速达到一定值时，失速型风力机必须停机，而变距型风力机可以逐步变化到一个桨叶无负载的全翼展开模式位置，避免停机，增加风力机发电量。

变距调节的缺点是对阵风反应要求灵敏。失速调节型风机由于风的振动引起的功率脉动比较小，而变距调节型风力机则比较大，尤其对于采用变距方式的恒速风力发电机，这种情况更明显，这样不要求风机的变距系统对阵风的响应速度要足够快，才可以减轻此现象。

1.4.2 变速恒频风力发电机

变速恒频风力发电机常采用交流励磁双馈型发电机，其结构如图1所示。它的结构类似绕线型感应电机，只是转子绕组上加有滑环和电刷，这样一来，转子的转速与励磁的频率有关，从而，使得双馈型发电机的内部电磁关系既不同于异步发电机又不同于同步发电机，但它却具有异步机和同步机的某些特性。

交流励磁双馈变速恒频风力发电机不仅可以通过控制交流励磁的幅值、相位、频率来实现变速恒频，还可以实现有功、无功功率控制，对电网而言还能起无功补偿的作用。

交流励磁变速恒频双馈发电机系统有如下优点:

（1）允许原动机在一定范围内变速运行，简化了调整装置，减少了调速时的机械应力。同时使机组控制更加灵活、方便，提高了机组运行效率。

（2）需要变频控制的功率仅是电机额定容量的一部分，使变频装置体积减小，成本降低，投资减少。

（3）调节励磁电流幅值，可调节发出的无功功率；调节励磁电流相位，可调节发出的有功功率。应用矢量控制可实现有、无功功率的独立调节。

1.5 21世纪中国风力发电展望

(1)中国有丰富的风能资源和巨大的风电市场

中国可利用的风能资源10m高度约10亿kW，其中陆上约2.5亿kW，海上约7.5亿kW，陆地上风能资源全部利用可以满足中国目前的用电需求。丰富的风能资源为中国大规模开发风电提供了根本保证。

(2)政府将继续重视发展风力发电

随着，《可再生能源法》的实施，中国有关部门制定了相应的风力发电政策和开发目标，进一步加快了发展风力发电的步伐。

(3)中国目前生产大型风电机组的技术日趋成熟，开发风电，风电设备是关键。因此，中国非常注重国产风电设备的开发和制造。中国的风备制造业发展经历了3个阶段：一是1985- 1996年期间，通过建设运营风电场，中国开始学习外国风力发电设备制造技术；二是1996-2000年期间，中国通过引进技术实现本地化风电机组制造；三是2000年至今，中国正在进行风电设备产业化，生产兆瓦级风电机组的研发工作。20多年的努力，中国的风电设备制造取得了一定的成果。国产设备的新增装机容量每年以60%-70%的增长速度增加。国内风电设备厂商以新疆金风科技公司为龙头，通过引进国外技术，近年来的成长极为迅速。目前，国产大型风电整机厂家约有50余家，其主要代表为大连华锐、东方电气和金风科技。

(4)风电成本降低，风电具有更大的竞争力

随着风电设备国产化率的不断提高和风电场规模的不断扩大，风电成本将不断降低，风电将具有更大的竞争力。

(5)电力工业可持续发展呼唤风力发电

目前，在中国的电力结构中，76%的电量为燃煤发电，23%的电量为水力发电，这种结构使中国在国际上承受着越来越大的压力。因此，无论是从环保角度还是从化石能源的储量来讲，都应该加快开发风电这个洁净能源的步伐。

1.6 结束语

风能取之不竭,耗之不尽。合理利用风能，既可减少环境污染，又可减轻越来越大的能源短缺所造成的压力。发展风电有利于调整能源结构：电源结构中75%是燃煤火电，增加风电等洁电源。尤其在减少C02等温室气体排放，缓解全球气候变暖方面，风电是有效措施之一。发展风电是解决我国能源供应不足的有效途径之一。就社会效益来讲，开展风力发电技术的研究有助于解决我国乃至全世界范围内的能源短缺的问题。

风力发电在我国的迅速发展，尤其是《可再生能源‘十一五’发展纲要》提出了具体的规划。

纲要中以风电场的规模化建设带动风电产业化发展，促进风电技术进步，提高风电装备国产化制造能力，降低风电成本，增强风电的市场竞争力为指导方针，

从规划布局建设、技术装备和产业发展、组织实施和保障措施方面分别提出具体规划。其中风电规划重点为提高风电技术研发能力，推动百万千瓦风电基地建设，支持风电设备国产化，进行近海风电试验。

根据我国风电发展预测，到2020年底全国风电总装机规模达到12000万kW；到2050年底，全国风电总装机规模达到50000万kW；风电规模化发展,使各项技术经济指标进一步提高，风电企业的竞争力和盈利能力明显增强。2020年以后化石燃料资源减少，火电成本增加,风电具备市场竞争能力，发展更快。2030年以后水能资源大部分也开发完，海上风电进入大规模发时期，有可能形成“东电西送”的局面。风电，以其良好的环境效益，逐步降低的发电成本，必将成为本世纪中国重要的电源。

国际能源专家预言：21世纪是风力发电的世纪。可以说，绿色能源———风力发电将为人类最终解决能源问题带来新的希望。