风电知识入门

风电知识学习!一、风电行业一些基础知识风能是一种干净的、储量丰富、可再生的能源。

风能发电的主要形式有三种：一是独立运行；二是风力发电与其他发电方式(如柴油机发电)相结合；三是风力并网发电。

小型独立风力发电系统一般不并网发电，只能独立使用，单台装机容量约为100瓦-5千瓦，通常不超过10千瓦。

它的构成为：风力发电机＋充电器＋数字逆变器。

风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。

叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。

因风量不稳定，故小型风力发电机输出的是13～25v变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。

然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220v市电，才能保证稳定使用。

德国、丹麦、西班牙等国家的企业开发建立了评估风力资源的测量及计算机模拟系统，发展变桨距控制及失速控制的风力机设计理论，采用新型风力机叶片材料及叶片翼型，研制出变极、变滑差、变速恒频及低速永磁等新型发电机，开发了由微机控制的单台及多台风力发电机组成的机群的自动控制技术，从而大大提高了风力发电的效率及可靠性。

在此基础上，风力发电机单机装机容量可以达到600千瓦以上。

不少国家建立了众多的中型及大型风力发电场，并实现了与大电网的对接。

现代风力发电机多为水平轴式。

一部典型的现代水平轴式风力发电机包括叶片、轮毂(与叶片合称叶轮)、机舱罩、齿轮箱、发电机、塔架、基座、控制系统、制动系统、偏航系统、液压装置等。

其工作原理是：当风流过叶片时，由于空气动力的效应带动叶轮转动，叶轮透过主轴连结齿轮箱，经过齿轮箱(或增速机)加速后带动发电机发电。

目前也有厂商推出无齿轮箱式机组（直驱），可降低震动、噪音，提高发电效率，但成本相对较高。

风力发电机并不能将所有流经的风力能源转换成电力，理论上最高转换效率约为59%，实际上大多数的叶片转换风能效率约介于30-50%之间，经过机电设备转换成电能后的总输出效率约为20-45%。

一般市场上风力发电机的启动风速约为2.5-4米/秒，于风速12-15米/秒时达到额定的输出容量。

当风速更高时，风力发电机的控制机构将电力输出稳定在额定容量左右，为避免过高的风速损坏发电机，大多于风速达20-25米/秒范围内停机。

一般采用旋角节制或失速节制方式来调节叶片之气动性能及叶轮的输出。

依据目前的技术，3米/秒左右的风速(微风的程度)便可以进行发电。

但在进行风场评估时，通常要求离地10米高的年平均风速达到5-5.5米/秒以上。

风机叶片从风的流动获得的能量与风速的三次方成正比。

风速之外，叶轮直径决定了可撷取风能的多寡，约与叶轮直径平方成正比。

叶片的数量也会影响到风机的输出。

一般来说，2叶、3叶风机效率较高，力矩较低，适用于发电。

此外。

现代风机的叶片多采用机翼的翼型。

近年来，风电机组技术改进的主要方向是降低制造成本、提高单机容量、提高风能转换效率、自动控制等。

主流风电机组的单机容量为1500-3000千瓦，容量越大，发电效率越高，技术难度越大。

目前，国内单机容量1500-2000千瓦的机组最受欢迎。

国外正在开发、应用的机组单机容量是3000-10000千瓦。

2003年，德国enercon公司安装了第一台4500千瓦的风电机组样机。

风电的优劣之处风电的优点包括：(1)、利用自然界的可再生能源，干净无污染，无须燃料；(2)、运行成本低，风电机组的设计寿命约为20-25年，运行和维护的费用通常相当于机组总成本的3%-5%；(3)、建设周期短，若不计测风，快者一年左右可建成。

它的主要不足有三：(1)、选址时对自然环境(风速)要求较高，光测风阶段就要历时一年以上；风场占地面积通常在几百亩到几千亩，与火电相比，单位土地面积的发电出力相差较大(尽管风机塔架周围的土地仍可进行其它利用)；风力大的地区通常人口稀少，离电力负荷中心较远，对电网输送要求较高；(2)、出力不稳定(取决于不可控的风速)，利用小时数低(通常为2000小时/年左右)，通常认为风力发电量占电网总电量的比重不能过高(10-12%，也有人说是20%)，否则会影响电网稳定。

2003年德国曾经因为风电出力骤减导致电价上涨20%。

有些人认为，丹麦的经验表明，风电能占到电网20%以上的发电量比重。

其实不尽然。

丹麦也有它的特殊情况。

它的风电夏季发电量仅为冬季的一半，而夏季用电需求弱于冬季；夏季白天发电量较夜间大，白天用电需求正好也高于夜间；冬季夜间发电量最大，此时的用电需求正好也在高位。

而在台湾，夏天白天是全年用电高峰，此时风电出力反而最低，仅及冬季的10%左右。

我国大陆多数地区也是冬春季节风速高，夏季风速小；沿海地区还经常受到台风的侵扰(台风风速过大，不利于发电)。

(3)、一次性投资较火电大，上网电价高于火电、水电。

2000年以后国内风电场的千瓦造价通常要8000----12000元，比西方还高，原因之一是进口设备价格较贵。

而2010年以后，国产风电机组价格降到3500-4000元/千瓦以后，成本已经降低很多，比国外的成本低。

（2002年，采用当时先进的风电机组在最佳条件下，欧洲每千瓦装机的投资成本为832欧元(现价折人民币8428元)，每度电的成本为0.0388欧元合人民币不到0.4元/度，我国火电成本通常为0.15-0.25元/度左右)。

随着技术的进步，风电成本将会下降。

有研究称，预期风电成本会从0.04欧元/度，下降至2010年的0.03欧分/度(假设装机成本降至628欧元/千瓦)；到2020年，再降低至0.0234欧元/度(装机成本为497欧元/千瓦)。

届时，风力发电的成本已跟燃煤机组的成本相近。

）二、世界风电及风电设备发展概况2006年全球新装风电设备价值达230亿美元，已经形成了一个很大的产业，行业规模的增大和快速发展吸引了更多的企业投入风电设备制造行业。

预计至2010年和2020年全球风电设备市场容量将分别达到320亿美元和1200亿美元。

世界风能资源储量丰富斯坦福大学土木和环境系根据国家气象数据中心和预警实验室1998-2002年的风速和温度数据，得出：按80米高度处6.9米/秒的风速计算，全球风能可利用资源量为72万亿千瓦时。

预计到2020年世界电力需求上升到约26万亿千瓦时，到时即使只成功利用了三分之一的风能资源，即可满足世界电力需求。

目前，风能利用已经取得很大进展，但仍然有许多技术难题需要克服，才能真正充分发挥利用风能的潜力。

风电成本持续下降由于技术的进步和产品批量的增加，风电的成本持续下降，每千瓦时风电成本由20世纪80年代的20美分下降到21世纪初的5美分左右。

随着技术的进步和风机制造中规模效应的发挥，风力发电成本尚有很大的下降空间。

风电成本持续下降，已经接近常规能源成本。

根据风电发展的迅猛势头，机构预计2020年前，全球风电累计装机将以20%的复合增长率增长。

欧洲风能协会和绿色和平组织曾发表题为《风力12：关于2020年风电达到世界电力总量12%的蓝图》的报告，这份情景报告认为，世界风能资源足够，风电上网没有实质性障碍，到2020年风电装机可达到12.6亿千瓦，风电电量达3.1万亿千瓦时，占2020年总发电量的12%；这是一个惊人的数字，是目前风电总装机的17倍，能否实现取决于世界各国政府的决策。

世界风力发电设备产业状况并网风电设备制造业的下游是风力发电，上游则是一些零部件，主要有叶片、齿轮箱、发电机、偏航系统、控制系统、塔筒等。

风机叶片的材料为玻璃纤维增强树酯、碳纤维，其余部件的主要原材料为钢材。

2010年后，中国成为世界上最大的风电市场和风能设备制造中心。

世界风电设备技术发展趋势大型化：现在世界上兆瓦级的风电机组已具备了商业化价值，其单机容量可达2～3兆瓦。

2006年，单机容量最大的风电机组是德国repower公司生产的容量为5兆瓦（海上单机容量可达到5兆瓦）。

2011年以来，已有多家风机制造商可以制造5、6兆瓦的机型。

变速运行：与恒速运行的风力发电机组相比，变速运行的风机具有发电量大、对风速变化的适应性好、生产成本低、效率高等优点。

德国enercon公司是生产变速风电机组最多的公司。

变桨距：定桨距在向变桨距方向发展，变桨距调节的优点是机组起动性能好，输出功率稳定，机组结构受力小，停机方便安全。

但其缺点是增加了变桨装置与故障几率，控制程序比较复杂。

无齿轮箱（直驱式）：由于采用无齿轮箱的直驱方式有效地提高了系统的效率以及运行的可靠性，无齿轮箱系统的市场份额迅速扩大。

德国enercon公司在开发直驱发电机方面居于世界领先地位，最早生产1.8兆瓦的直驱发电机组。

金风现在的王牌就是3MW直驱。

国外风电机组单机容量不断增大，2~3mw以上的风电机组已经商业化，5mw 的风电机组已经投入运行，为了降低成本，提高效率，减少维护，增加寿命，在风电机组的设计中出现了许多创新的理念，采用了许多新工艺，新材料和新技术。

目前传统的失速型风电机组被变桨变速恒频型风电机组所取代，直驱型风电机组和半直驱型风电机组具有很好的市场及发展前景。

另外，海上风电场已是国际上风电发展的一个新的领域，欧盟提出了到2020年达到1800万的kw战略目标，3.6mw的海上风电场已经研发成功。