风力发电技术讲座_一_风力发电技术的发展与现状_姚兴佳

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目前， 世界风力发电机装机容量每年几乎 以 !$A 的 速 度 增 加 ， 风电已成为世界上发展最 快的能源。即使如此， 目前世界各国开发利用 的风能资源，尚不到可开发利用风能资源的 可见其开发潜力之大。世界各国之所以 !$A ， 把风能资源作为主要开发能源之一， 有 ! 个主 要 原 因 ： 一 是 地 球 上不 可 再 生 能 源 — —— 石 油 、 天然气、 煤的蕴藏有限， 不可无限止地开采； 二 是开发利用风能资源， 基本上对环境不造成污 染。 风力发电尚存在一些有待解决的问题，如风 力发电机制造成本和运行维护费用较高；运行的 可靠性和耐久性有待加强，风力发电机的寿命还 难以达到 !$>,$ 7 ； 储能措施不够完善等。现在科
DOI:10.13941/ki.21-1469/tk.2006.01.026
技术讲座
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风 力 发 电 技 术 讲 座（一）
风 力 发 电 技 术 的 发 展 与 现 状
姚兴佳，王士荣，董丽萍
（沈阳工业大学 风能技术研究所，辽宁 沈阳
收稿日期： *(($6!*6!$ 作者简介：姚兴佳 （!#)#6） 教授， 博士研究生导师， 长期从事风能利用技术的研究工作， 国家 “/+’” 项目主持人， 是享受国务院政府特 "男， 殊津贴的专家。
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可再生能源
（ 总第 *!- 期） !$$)=*
技术讲座
的风力发电机， 总装机容量约达 *’$ 万 %&， 年发 电量达 *" 亿 %&( 。美国加州风力发电的发电成 本已低于核电， 接近燃油发电的水平， 说明风电已 具有与传统常规能源电力竞争的潜力。 自 *++$ 年 以后 ? 并网型风力发电在全世界， 特别是美国、 欧 洲及印度得到了快速发展。 另外， 为适应连续供电 的需要，克服独立运行的风力发电机发出的电能 不便储存的问题， 出现了 “风力发电 @ 柴油机发电 @ 蓄电池储电互补发电系统” 、 “风能 @ 太阳能混合发 电系统” ， 这些系统在一些远离电网的地方得到了 推广应用。 到 !$$, 年，全世界各国风电装机总容量为
,=:: 年我国首 次 尝 试 研 制 的 中 型 风 力 发 电 机是 >?,;@,A 型风力发电机，风轮直径 ,1+/ B， 采用了水平轴、 三叶片的退役 额 定 功 率 ,A C$，
。将风能转换 溉、 致热供暧、 助航等 （如图 ! 所示） 成电能是风能开发利用的主要方式。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
’(-)/ , 、 塔 架 高 度 为 ’(-)/ , 、 额 定 功 率 为 !(( %& 的 风 力 发 电 机 组 ， 与 ’* %, 以 外 的 位 于 塞 瓦 斯 托 波 尔 的 *( 0& 容 量 的 火 力 发 电 站
,+ *-*=, 9&， 其 中 !$$, 年 新 增 容 量 " +8$=" 增长率为 !-=)A 。 9&， 表 * 列出了风电装机容量前 *$ 位国家的装 机数量、 !$$, 年新增容量和增长率。
表!
国 德 美 别 国 国
"##$ 年风电装机容量前 !# 位国家的装机数量
!$$, 年增加装机容量 9& ! )$8=* * )8-=$ * ,"!=$ !,$=$ ’$8=$ **+=$ *8"=$ +"=$ ++=$ *"!=$ !$$, 年增长率 A !*=" ,)=$ !8=’ 8=$ !’=$ *-=! !"=, *"=) !*=! -*=总装机容量
片奠定了基础。 丹 麦 的 盖 瑟 风 力 发 电 机 的 风 轮 直 径 为 !"
#， 额 定 功 率 为 !$$ %&， 每 年 发 电 量 约 ’$ 万 %&( 左右。
在 !$ 世纪 )$ 年代前后， 由于内燃机的广泛 使用， 其燃料来自廉价的石油， 风力发电成本较 高， 与内燃机发电相比不具有竞争力， 使风力发 电机的发展近于停止。 石油的 *+", 年 发 生 了 世 界 性 的 石 油 危 机 ， 短缺以及用矿物燃料发电所带来的环境污染问 题， 使风力发电又重新受到了重视。 美国、 丹麦、 荷兰、 英国、 德国、 瑞典、 加拿大等国家在风力发 电的研究与应用方面投入了大量的人力与资 金， 制 定 了 开 发 规 划 。 丹 麦 在 *+"- 年 设 计 制 造 了 功 率 ! $$$ %& 、 三叶片 （风 轮 直 径 -’ # ） 的 德文特 （ ./012 ） 大 型 风 力 发 电 机 。*+") 年 ， 前西 德 设 计 制 造 了 格 鲁 威 恩 （ 3456071 ） , $$$ %& 大型风力发电机， 风 轮 直 径 *$$ # ， 并成功地用 复合材料制作了叶片。 美 国 *+"- 年 + 月 成 功 地 制 造 了 * 台 风 轮 直 径 ,8 # ， 功 率 * $$$ %& 的 9:; — $ 型 大 型 风 力 发 电 机 。 继 而 又 研 究 、 设 计 和 制 造 了 叶 片 直 径 )* # 、 功 率 ! $$$ %& 的 9:;<* 型 大 型 风 力 发 电 机 和 风 轮 直 径 +*=功 率 ! -$$ %& 的 9:;<! 型 大 型 风 力 发 电 #、 机； *+8- 年 制 造 的 9:;<- 型 大 型 风 力 发 电 机 ， 风 轮 直 径 *!! # ， 功 率 达 " ,$$ %& 。 同 时 ， 美 国也注意垂直轴达里厄风力发电机的研究、 设 计、 制 造 和 试 验 。美 国 制 铝 公 司 生 产 过 -$$ %& 垂直轴达里厄风力发电机。 前 西 德 在 *+8* 年 之 后 相 继 研 究 、 设 计 和 制 造 了 , $$$>- $$$ %& 大型风力发电机。 加 拿 大 在 *+8, 年 也 研 究 制 造 了 , 8$$ %& 大 型 风 力 发 电 机 。 加 拿 大 对 垂 直 轴达里厄风力发电机的研究倍感兴趣，先后研 制 成 功 -$>!,$ %& 的 垂 直 轴 达 里 厄 风 力 发 电 机 。 英 国 在 *+8* 年 也 研 究 制 造 了 额 定 功 率
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技术讲座
学家正着手研究大容量、 小体积、 高效率、 免维 护、 寿命长、 价格低的蓄电池， 以满足无风不发电 时的供电要求。
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定了一些相关的优惠政策。 现在， 全 国 已 有 ,个省 （自治区、 直辖市） 的电力公司设置了相 关机构和人员， 组 建 了 ,1 家 具 备 独 立 法 人 地 位的公司， 在 这 些 公 司 及一 些 高 等 院 校 、 科研 单 位 里 ， 拥 有 一 批 从 事风力发电技术 研 究 、 制 造 和建 设 管 理 的 专 业 人 员 ， 这 支 队 伍已成为 我 国新世纪风电建设的生力军。 我国一些较大风电场的装机情况见表 -。
人类利用风能的历史可追溯到中世纪甚 至更早， 最初是将风能转换为机械能， 用风车 提水、 碾米、 磨 面 " 借 风 帆 为 船 助 航 。中 国 、 伊拉 克、 埃及、 荷兰、 丹麦等都是最早利用风能的国 家 。 经 过 一 段 漫 长 的 历 史 过 程 后 ， 到 !# 世 纪 末， 随着科学技术的进步， 丹麦的研究人员才 开始着手利用风能发电。以后， 各国都从小型 风力发电机研制开始， 逐渐向中大型风力发电 机发展。 第一次世界大战之后，丹麦仿造飞机的螺 旋桨制造了二叶、三叶高速风力发电机并网发
表!
风 电 场 新疆达坂城二场
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我国风力发电发展概况 远在 -. 世纪 1. 年代后期， 我国曾进行过小
型风力发电机的研究， 受当时的技术经济条件限 小 制， 试验受挫而停顿。到 -. 世纪 :. 年代后期， 型风力发电机的研制与推广应用发展速度较快， 其中以户用微型机组技术最为成熟，有 1.， ,..， 并 ,1.， -..， ;..， 1.. $ 微型机组系列定型产品， 进行批量生产， 质量很好， 不但满足了国内需求， 还远销国外。 应用微、 小型风力发电机， 是解决无电地 区农牧民用电的有效途径， 我国内 蒙 古 、 青海 等地应 用 的 最 多 。 有的地方从当地实际情况出 发， 还应用了 “柴油 < 风力联合发电” 、 “风力 < 水力互补供电” 、 “风能 < 太阳能互补发电系 统”等。用电范围从生活领域扩大到生产领 域。把小型风力发电机的推广应用提高到了 一个新的水平。
我国较大风电场的装机情况表
单 台 功 率 C$ 风机数台 总 装 机 容 量 C$
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广东南澳
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内蒙辉腾锡勒 辽宁营口仙人岛 内蒙赤峰克什克腾 吉林通榆 甘肃玉门 辽宁东岗 辽宁丹东 浙江括苍山 新疆达坂城一场
相联。 第二次世界大战后，不少国家先后开始了容