第一篇：風(fēng)力發(fā)電的研究結(jié)題報(bào)告

風(fēng)力發(fā)電的研究結(jié)題報(bào)告

-----高一八班 研究組成員：

孫金澤于鴻業(yè)關(guān)智博杜嘉誠(chéng)陶冶王佳寧凌仕桓張沐天孫亦翾

一、摘要：

風(fēng)是一種具有很大潛力的新能源，有人做過(guò)統(tǒng)計(jì)：地球上可用的風(fēng)力資源有100億千瓦，幾乎是現(xiàn)在全世界水力發(fā)電總量的10倍。風(fēng)力發(fā)電的原理是把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再轉(zhuǎn)化為電能，由此看來(lái)，風(fēng)力發(fā)電既不會(huì)產(chǎn)生輻射，又不會(huì)污染空氣。在對(duì)能源需求量日益增長(zhǎng)的現(xiàn)今時(shí)代，在大力提倡低碳環(huán)保生活的現(xiàn)今時(shí)代，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)受到了世界各國(guó)的廣泛重視，因此我們決定對(duì)風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行深入的研究。

二、課題研究的目的及意義：

通過(guò)本課題的研究，我們了解了風(fēng)力發(fā)電的原理，以及利用風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)歷史知識(shí)、當(dāng)前形勢(shì)和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)我們也認(rèn)識(shí)到了，在世界能源面臨匱乏的今天，在經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展的今天，各國(guó)對(duì)能源的渴求日益增長(zhǎng)，這此活動(dòng)的開(kāi)展必定會(huì)給我們將來(lái)走向社會(huì)、選擇就業(yè)方向提供許多珍貴的經(jīng)驗(yàn)。與此同時(shí)，此次研究性學(xué)習(xí)培養(yǎng)了我們自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)的能力，也使我們摸索并掌握了研究性學(xué)習(xí)的一些基本方法。

三、調(diào)查的方式及過(guò)程：

1、調(diào)查方法：實(shí)地采訪、上網(wǎng)查找相關(guān)資料、在圖書館調(diào)查有關(guān)資料等。

2、調(diào)查過(guò)程：分工合作

第1階段：確定活動(dòng)主題，結(jié)合每個(gè)人的特點(diǎn)給組內(nèi)成員分配不同的任務(wù)。

第2階段：小組成員分別對(duì)所承擔(dān)的任務(wù)采取不同的方式進(jìn)行調(diào)查。

第3階段：匯總小組成員所調(diào)查到的各方面資料。

第4階段：小組成員間進(jìn)行交流，進(jìn)行結(jié)題報(bào)告。

四、概述：

通過(guò)實(shí)地調(diào)查等，我們有了以下收獲：

風(fēng)力發(fā)電所需要的裝置，稱作風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。這樣發(fā)電機(jī)組大體可包括風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)。鐵墻三部分。一般來(lái)說(shuō)，三級(jí)風(fēng)就有利用價(jià)值。但從經(jīng)濟(jì)合理的角度出發(fā)，風(fēng)速大于每秒4米才適宜發(fā)電。使用風(fēng)力發(fā)電機(jī)，就是把風(fēng)能變成我們家庭好似用的標(biāo)準(zhǔn)市電，其節(jié)約的程度是明顯的。一個(gè)家庭每家只需要20元左右的電瓶液的代價(jià)。而現(xiàn)在由于科技的進(jìn)步采用先進(jìn)的充電器、逆變器，風(fēng)流理發(fā)店成為有一定科學(xué)技術(shù)含量的小系統(tǒng)。山區(qū)可以借此系統(tǒng)做一個(gè)常年不花錢的路燈；山區(qū)的孩子也可以在日光燈下學(xué)習(xí)；城市小高樓頂也可以用風(fēng)力電機(jī)，這不但節(jié)約，而且是真正的綠色電源。

中國(guó)新能源戰(zhàn)略，開(kāi)始大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電。在未來(lái)15年，全國(guó)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到2000萬(wàn)至3000萬(wàn)千瓦。以每千瓦裝機(jī)容量投資7000元計(jì)算，未來(lái)風(fēng)力設(shè)備市場(chǎng)將達(dá)到1400億元至2100

億元。中國(guó)風(fēng)力等新能源發(fā)展市場(chǎng)十分廣闊，預(yù)計(jì)未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間都將保持高速發(fā)展，同時(shí)技術(shù)也將逐漸成熟穩(wěn)步提升。風(fēng)力發(fā)展到目前階段，其性價(jià)比正在形成與煤電、水電的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。風(fēng)電優(yōu)勢(shì)在于：能力每增加1倍，成本就下降15%.近幾年世界風(fēng)電增長(zhǎng)一直保持在30%以上。因此，風(fēng)力發(fā)電開(kāi)始成為越來(lái)越多投資者的逐金之地。

五、研究性學(xué)習(xí)心得體會(huì)：

研究性學(xué)習(xí)是一門新興科目，這種學(xué)習(xí)方式深受我們?cè)谛W(xué)生的喜歡，因?yàn)檫@種學(xué)習(xí)使我們這些莘莘學(xué)子離開(kāi)了校園的苑囿走進(jìn)了社會(huì)，得以感知社會(huì)氛圍。我們感受最深的是：在這次研究性學(xué)習(xí)中，我們體會(huì)到了合作所產(chǎn)生的的巨大力量，而與人合作的能力正是我們每個(gè)即將在不遠(yuǎn)的將來(lái)步入社會(huì)的學(xué)生所必須具備的能力。于此同時(shí)，通過(guò)這次活動(dòng)，我們也深刻的認(rèn)識(shí)到了，只有通過(guò)不懈的堅(jiān)持與努力，才能取得最后的成功。無(wú)論前遇到什么樣的困難，只要我們不退縮，集思廣益尋找解決問(wèn)題的最佳途徑，我們就必然會(huì)有所獲益。這次活動(dòng)是我們從校園走進(jìn)社會(huì)的第一步，不但為我們積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，而且豐富了我們各方面的知識(shí)，可謂受益匪淺，我們期待著下一次研究性學(xué)習(xí)的到來(lái)。

日期：.......孫仔澤

第二篇：風(fēng)力發(fā)電報(bào)告

國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電技術(shù) 的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

風(fēng)能是一種可再生的清潔能源。近30年來(lái)，國(guó)際上在風(fēng)能的利用方面，無(wú)論是理論研究還是應(yīng)用研究都取得了重大進(jìn)步。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日臻完善，并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)單機(jī)額定功率最大已經(jīng)到5MW，葉輪直徑達(dá)到126m。截止2005年世界裝機(jī)容量已達(dá)58,982MW，風(fēng)力發(fā)電量占全球電量的1%。中國(guó)成為亞洲風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要推動(dòng)者之一，其總裝機(jī)容量居世界第8位，2005年新增裝機(jī)容量居世界第6位。今后，國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度將明顯加快。引

言

風(fēng)是最常見(jiàn)的自然現(xiàn)象之一，是太陽(yáng)對(duì)地球表面不均衡加熱而引起的“空氣流動(dòng)”，流動(dòng)空氣具有的動(dòng)能稱之為風(fēng)能。因此，風(fēng)能是一種廣義的太陽(yáng)能。據(jù)世界氣象組織（WMO）和中國(guó)氣象局氣象科學(xué)研究院分析，地球上可利用的風(fēng)能資源為200億kW，是地球上可利用水能的20倍。中國(guó)陸地10m高度層可利用的風(fēng)能為2.53億kW，海上可利用的風(fēng)能是陸地上的3倍，50m高度層可利用的風(fēng)能是10m高度層的2倍，風(fēng)能資源非常豐富。

風(fēng)能是一種技術(shù)比較成熟、很有開(kāi)發(fā)利用前景的可再生能源之一[1]。風(fēng)能的利用方式不僅有風(fēng)力發(fā)電、風(fēng)力提水，而且還有風(fēng)力致熱、風(fēng)帆助航等。因此，開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能對(duì)世界各國(guó)科技工作者具有極強(qiáng)的魅力，從而喚起了世界眾多的科學(xué)家致力于風(fēng)能利用方面的研究。在本文中，將對(duì)國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行論述。風(fēng)力發(fā)電基本知識(shí)

2.1 風(fēng)能的計(jì)算公式

空氣運(yùn)動(dòng)具有動(dòng)能。風(fēng)能是指風(fēng)所具有的動(dòng)能。如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪的斷面積為A，則當(dāng)風(fēng)速為V的風(fēng)流經(jīng)葉輪時(shí)，單位時(shí)間風(fēng)傳遞給葉輪的風(fēng)能為

（1）

其中：?jiǎn)挝粫r(shí)間質(zhì)量流量m=ρAV

（2）

在實(shí)際中，式中：

PW—每秒空氣流過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪斷面面積的風(fēng)能，即風(fēng)能功率，W；

（3）Cp—葉輪的風(fēng)能利用系數(shù)；

?m—齒輪箱和傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率，一般為0.80—0.95，直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)為1.0； ?e—發(fā)電機(jī)效率，一般為0.70—0.98； ?—空氣密度，kg/m3；

A—風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)一周所掃過(guò)的面積，m2； V—風(fēng)速，m/s。

2.2 貝茨（Betz）理論

第一個(gè)關(guān)于風(fēng)輪的完整理論是由德國(guó)哥廷根研究所的A·貝茨于1926年建立的。

貝茨假定風(fēng)輪是理想的，也就是說(shuō)沒(méi)有輪轂，而葉片數(shù)是無(wú)窮多，并且對(duì)通過(guò)風(fēng)輪的氣流沒(méi)有阻力。因此這是一個(gè)純粹的能量轉(zhuǎn)換器。此外還進(jìn)一步假設(shè)氣流在整個(gè)風(fēng)輪掃掠面上的氣流是均勻的，氣流速度的方向無(wú)論在風(fēng)輪前后還是通過(guò)時(shí)都是沿著風(fēng)輪軸線的。

通過(guò)分析一個(gè)放置在移動(dòng)空氣中的“理想”風(fēng)輪得出風(fēng)輪所能產(chǎn)生的最大功率為

—空氣密度，kg/m3；

（4）

式中：Pmax—風(fēng)輪所能產(chǎn)生的最大功率；

A—風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)一周所掃過(guò)的面積，m2； V—風(fēng)速，m/s。

這個(gè)表達(dá)式稱為貝茨公式。其假定條件是風(fēng)速與風(fēng)輪軸方向一致并在整個(gè)風(fēng)輪掃掠面上是均勻的[2]。將(4)式除以氣流通過(guò)掃掠面A時(shí)風(fēng)所具有的動(dòng)能，可推得風(fēng)力機(jī)的理論最大效率

（5）

(5)式即為有名的貝茲（Betz）理論的極限值。它說(shuō)明，風(fēng)力機(jī)從自然風(fēng)中所能索取的能量是有限的，其功率損失部分可以解釋為留在尾流中的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能。

能量的轉(zhuǎn)換將導(dǎo)致功率的下降，它隨所采用的風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)的型式而異，因此，風(fēng)力機(jī)的實(shí)際風(fēng)能利用系數(shù)Cp<0.593[3]。

2.3 溫度、大氣壓力和空氣密度

通過(guò)溫度計(jì)和氣壓計(jì)測(cè)試出實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)的環(huán)境溫度和大氣壓，由下式計(jì)算出空氣密度。

（6）

式中：ρ—空氣密度，kg/m3； h—當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，Pa； t—溫度，℃。

從空氣密度公式可以看出，空氣密度的大小與大氣壓力、溫度有關(guān)。

2.4 風(fēng)力機(jī)的主要組成

1)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)

小型水平軸風(fēng)力機(jī)主要組成部分有：風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、塔架、調(diào)向機(jī)構(gòu)、蓄能系統(tǒng)、逆變器等。（1）風(fēng)輪 風(fēng)輪是風(fēng)力機(jī)從風(fēng)中吸收能量的部件，其作用是把空氣流動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪是由1~3個(gè)葉片組成的。葉片的結(jié)構(gòu)形式多樣，材料因風(fēng)力機(jī)型號(hào)和功率大小而定，如木心外蒙玻璃鋼葉片、玻璃纖維增強(qiáng)塑料樹脂葉片等。

（2）發(fā)電機(jī)

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，已采用的發(fā)電機(jī)有3種，即直流發(fā)電機(jī)、同步交流發(fā)電機(jī)和異步交流發(fā)電機(jī)。小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)多采用同步或異步交流發(fā)電機(jī)，發(fā)出的交流電通過(guò)整流裝置轉(zhuǎn)換成直流電。

（3）塔架

塔架用于支撐 發(fā)電機(jī)和調(diào)向機(jī)構(gòu)等。因風(fēng)速隨離地面的高度增加而增加，塔架越高，風(fēng)輪單位面積捕捉的風(fēng)能越多，但造價(jià)、安裝費(fèi)等也隨之加大。

（4）調(diào)向機(jī)構(gòu)

垂直軸風(fēng)力機(jī)可接受任何方向吹來(lái)的風(fēng)，因此不需要調(diào)向機(jī)構(gòu)。對(duì)于水平軸風(fēng)力機(jī)，為了得到最高的風(fēng)能利用效率，應(yīng)用風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)面經(jīng)常對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，需要對(duì)風(fēng)裝置。常用的調(diào)向機(jī)構(gòu)主要有尾舵、舵輪、電動(dòng)對(duì)風(fēng)裝置。

（5）限速機(jī)構(gòu)

當(dāng)風(fēng)速高于風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)風(fēng)速時(shí)，為了防止葉片損壞，需要對(duì)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。（6）貯能裝置

貯能裝置對(duì)獨(dú)立運(yùn)行的小型風(fēng)力機(jī)是十分重要的。其貯能方式有熱能貯能、化學(xué)能貯存。（7）逆變器

用于將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，以滿足交流電氣設(shè)備用電的要求。2)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)

大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由兩大部分組成：氣動(dòng)機(jī)械部分和電氣部分。氣動(dòng)機(jī)械部分包括風(fēng)輪、低速軸、增速齒輪箱、高速軸，其功能是驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。電氣部分包括異步發(fā)電機(jī)、電力電子變頻器、變壓器和電網(wǎng)，其功能是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為頻率恒定的電能。近年來(lái)，又研制成功了直驅(qū)式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（無(wú)增速齒輪箱）。風(fēng)力機(jī)與風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

3.1 風(fēng)力機(jī)與風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展史

風(fēng)能，是人類最早使用的能源之一。遠(yuǎn)在公元前2000年，埃及、波斯等國(guó)已出現(xiàn)帆船和風(fēng)磨，中世紀(jì)荷蘭與美國(guó)已有用于排灌的水平軸風(fēng)車。我國(guó)是世界上最早利用風(fēng)能的國(guó)家之一，早在距今1800年前，我國(guó)就有風(fēng)力提水的記載。1890年丹麥的P·拉庫(kù)爾研制成功了風(fēng)力發(fā)電機(jī)，1908年丹麥已建成幾百個(gè)小型風(fēng)力發(fā)電站。自二十世紀(jì)初至二十世紀(jì)六十年代末，一些國(guó)家對(duì)風(fēng)能資源的開(kāi)發(fā)，尚處于小規(guī)模的利用階段[4]。

隨著大型水電、火電機(jī)組的采用和電力系統(tǒng)的發(fā)展，1970年以前研制的中、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組因造價(jià)高和可靠性差而逐漸被淘汰，到二十世紀(jì)六十年代末相繼都停止了運(yùn)轉(zhuǎn)。這一階段的試驗(yàn)研究表明，這些中、大型機(jī)組一般在技術(shù)上還是可行的，它為二十世紀(jì)七十年代后期的大發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

1980年以來(lái)，國(guó)際上風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)日益走向商業(yè)化。主要機(jī)組容量有300kW、600kW、750kW、850kW、1MW、2MW。1991年丹麥在Vindeby建成了世界上第一個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)，由11臺(tái)丹麥Bonus 450kW單機(jī)組成，總裝機(jī)4.95MW。隨后荷蘭、瑞典、英國(guó)相繼建成了自己的海上風(fēng)電場(chǎng)。

目前，已經(jīng)備離岸風(fēng)力發(fā)電設(shè)備商業(yè)生產(chǎn)能力的廠家，主要有丹麥的Vestas（包括被其整合的NEG-Micon），美國(guó)的GE風(fēng)能，德國(guó)的Nordex、Repower、Pfleiderer/Prokon、Bonus和德國(guó)著名的Enercon公司。單機(jī)額定功率覆蓋范圍從2MW、2.3MW、3.6MW、4.2MW、4.5MW到5MW。葉輪直徑從80m、82.4m、100m、110m、114m、116m到126m。

3.2 風(fēng)力機(jī)的種類

風(fēng)力發(fā)電機(jī)是把風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，鑒于風(fēng)力發(fā)電機(jī)種類繁多，因此分類法也是多種。按葉片數(shù)量分，單葉片，雙葉片，三葉片，四葉片和多葉片；按主軸與地面的相對(duì)位置分，水平軸、垂直軸(立軸)式；按槳葉工作原理分，升力型、阻力型。目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)三葉片水平軸類型居多。

水平軸風(fēng)力機(jī)，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向平行，如圖1所示；垂直軸風(fēng)力機(jī)，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面或氣流方向，如圖2所示。國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀

4.1 世界風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀

目前，中、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已在世界上40多個(gè)國(guó)家陸地和近海并網(wǎng)運(yùn)行，風(fēng)電增長(zhǎng)率比其它電源增長(zhǎng)率高的趨勢(shì)仍然繼續(xù)。如表1所示，截止2005年12月31日世界裝機(jī)容量已達(dá)58,982MW，年裝機(jī)容量為11,310MW，增長(zhǎng)率為24%；風(fēng)力發(fā)電量占全球電量的1%，部分國(guó)家及地區(qū)已達(dá)20%甚至更多。2005年世界風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量最多的十個(gè)國(guó)家見(jiàn)表2，前十名合計(jì)51750.9MW，約占世界總裝機(jī)容量的87.7%。

2005年國(guó)際風(fēng)電市場(chǎng)份額的分布多樣化進(jìn)程呈持續(xù)發(fā)展趨勢(shì)：有11個(gè)國(guó)家的裝機(jī)容量已高于1,000MW，其中7個(gè)歐洲國(guó)家（德國(guó)、西班牙、意大利、丹麥、英國(guó)、荷蘭、葡萄牙），3個(gè)亞洲國(guó)家（印度、中國(guó)、日本），還有美國(guó)。亞洲正成為發(fā)展全球風(fēng)電的新生力量，其增長(zhǎng)率為48%[5]。

2002年歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)（EWEA）與綠色和平組織（Greenpeace International）發(fā)表了一份標(biāo)題為“風(fēng)力 12（Wind Force 12）”的報(bào)告，勾畫了風(fēng)電在2020年達(dá)到世界電量12%的藍(lán)圖。報(bào)告聲明這份文件不是預(yù)測(cè)，而是從世界風(fēng)能資源、世界電力需求的增長(zhǎng)和電網(wǎng)容量、風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)和潛在的增長(zhǎng)率、與核電和大水電等其他電源技術(shù)發(fā)展歷程的比較以及減排CO2等溫室氣體的要求，論證了風(fēng)電達(dá)到世界電量12%的可能性。報(bào)告還指出中國(guó)2020年風(fēng)電裝機(jī)有可能達(dá)到1.7億千瓦[6]、[7]。

國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀

根據(jù)國(guó)家氣象科學(xué)院的估算[8]，我國(guó)陸地地面10米高度層風(fēng)能的理論可開(kāi)發(fā)量為32億kW，實(shí)際可開(kāi)發(fā)量為2.53億kW。海上風(fēng)能可開(kāi)發(fā)量是陸地風(fēng)能儲(chǔ)量的3倍。內(nèi)蒙古 實(shí)際可開(kāi)發(fā)量

0.618億kW 西藏

實(shí)際可開(kāi)發(fā)量

0.408億kW 新疆

實(shí)際可開(kāi)發(fā)量

0.343億kW 青海

實(shí)際可開(kāi)發(fā)量

0.242億kW 黑龍江

實(shí)際可開(kāi)發(fā)量

0.172億kW

2005年中國(guó)除臺(tái)灣省外新增風(fēng)電機(jī)組592臺(tái)，裝機(jī)容量50.3萬(wàn)kW。與2004年當(dāng)年新增裝機(jī)19.8萬(wàn)kW相比，2005年當(dāng)年新增裝機(jī)增長(zhǎng)率為254%。

截至2005年底，中國(guó)除臺(tái)灣省外累計(jì)風(fēng)電機(jī)組1864臺(tái)，裝機(jī)容量126.6萬(wàn)kW，風(fēng)電場(chǎng)62個(gè)。分布在15個(gè)?。ㄊ小⒆灾螀^(qū)、特別行政區(qū)），它們按裝機(jī)容量排序如表3所示。與2004年累計(jì)裝機(jī)76.4萬(wàn)kW相比，2005年累計(jì)裝機(jī)增長(zhǎng)率為65.6%。2005年風(fēng)電上網(wǎng)電量約15.3億kW.h[9]。

中國(guó)“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目“大功率風(fēng)電機(jī)組研制與示范”支持1.5~2.5MW、2.5MW以上雙饋式變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的研制；1.5~2.5MW、2.5MW以上直驅(qū)式變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的研制；1.5MW以上風(fēng)電機(jī)組葉片、齒輪箱、雙饋式發(fā)電機(jī)、直驅(qū)式永磁發(fā)電機(jī)的研制及產(chǎn)業(yè)化；1.5MW以上雙饋式風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)及變流器、直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)及變流器的研制及產(chǎn)業(yè)化；近海風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)的研究；近海風(fēng)電機(jī)組安裝及維護(hù)專用設(shè)備的研制；大型風(fēng)電機(jī)組相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定及風(fēng)電技術(shù)發(fā)展分析等16個(gè)課題的研究[10]?！笆晃濉蹦?，我國(guó)風(fēng)電技術(shù)的自主研發(fā)能力將接近世界前沿水平。

4.3小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)

4.3.1小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)行業(yè)現(xiàn)狀

作為農(nóng)村可再生能源主要支柱之一的小型風(fēng)力發(fā)電行業(yè)在2005得到長(zhǎng)足的發(fā)展，從事小型風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的開(kāi)發(fā)、研制、生產(chǎn)單位達(dá)到70家。據(jù)23個(gè)生產(chǎn)企業(yè)報(bào)表統(tǒng)計(jì)，2005年共生產(chǎn)30kW以下獨(dú)立運(yùn)行的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組共33,253臺(tái)，比上年增長(zhǎng)34.4%，其中200W、300W、500W機(jī)組共生產(chǎn)24,123臺(tái)，占全年總產(chǎn)量的72.5%；15個(gè)單位共出口小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組5,884臺(tái)，比上年增長(zhǎng)40.7%，創(chuàng)匯282.7萬(wàn)美元，主要出口到菲律賓、越南等24個(gè)國(guó)家和地區(qū)。并且，由于汽油、柴油、煤油價(jià)格飛漲，且供應(yīng)渠道不暢通，內(nèi)陸、江湖、漁船、邊防哨所、部隊(duì)、氣象站和微波站等使用柴油發(fā)電機(jī)的用戶逐步改用風(fēng)力發(fā)電機(jī)或風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。

4.3.2 小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

1)由于廣大農(nóng)牧民生活水平提高、用電量不斷增加，因此小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)功率在繼續(xù)提高，50W機(jī)組不再生產(chǎn)，100W、150W機(jī)組產(chǎn)量逐年下降，而200W、300W、500W和1kW機(jī)組逐年增加，占總年產(chǎn)量的80%。

2)由于廣大農(nóng)民迫切希望不間斷用電，因此“風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)”的推廣應(yīng)用明顯加快，并向多臺(tái)組合式發(fā)展，成為今后一段時(shí)間的發(fā)展方向。

3)隨著國(guó)家《可再生能源法》及《可再生能源產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄》的制定，相繼還會(huì)有多種配套措施及稅收優(yōu)惠扶植政策出臺(tái)，必將提高生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)積極性，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

4)目前我國(guó)尚有2.8萬(wàn)個(gè)村、700萬(wàn)戶、2,800萬(wàn)人口沒(méi)有用上電，且分散居住在邊遠(yuǎn)山區(qū)、農(nóng)牧區(qū)、常規(guī)電網(wǎng)很難達(dá)到，有關(guān)專家分析700萬(wàn)無(wú)電用戶中、300萬(wàn)戶可用微水電解決用電，而400萬(wàn)戶可以用小型風(fēng)力發(fā)電或風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電，滿足農(nóng)牧民用電需要[11]。4.3.3濃縮風(fēng)能型風(fēng)力發(fā)電機(jī)

濃縮風(fēng)能型風(fēng)力發(fā)電機(jī)由內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)新能源技術(shù)研究所研制，已獲得中國(guó)實(shí)用新型專利（專利號(hào)：ZL94244155.9）。該型風(fēng)電機(jī)組將稀薄的風(fēng)能經(jīng)濃縮風(fēng)能裝置加速、整流和均勻化后驅(qū)動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)發(fā)電，從而提高了風(fēng)能的能流密度，降低了自然風(fēng)的湍流度，改善了風(fēng)能的不穩(wěn)定等弱點(diǎn)，提高了風(fēng)能品位，降低了風(fēng)電度電成本。該風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有的切入風(fēng)速低、發(fā)電量大、噪音低、安全性高、壽命長(zhǎng)、度電成本低等特點(diǎn)。濃縮風(fēng)能型風(fēng)力發(fā)電機(jī)可獨(dú)立運(yùn)行、風(fēng)光互補(bǔ)運(yùn)行、多機(jī)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行和并入低壓電網(wǎng)運(yùn)行?，F(xiàn)已研制開(kāi)發(fā)的系列產(chǎn)品有200W、300W、600W、1kW、2kW等機(jī)組。濃縮風(fēng)能型風(fēng)力發(fā)電機(jī)經(jīng)過(guò)中試后，可以向中、大型機(jī)組發(fā)展。這種新型風(fēng)電技術(shù)在中國(guó)和世界的應(yīng)用，將有效地提高風(fēng)電系統(tǒng)的供電水平和質(zhì)量，有效地利用低品位的風(fēng)能，提高風(fēng)電商品競(jìng)爭(zhēng)力，具有重要的經(jīng)濟(jì)益和生態(tài)環(huán)保效益[12]。結(jié)

論

在今后的20年內(nèi)，國(guó)際上風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)將是增長(zhǎng)速度最快的產(chǎn)業(yè)，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也將進(jìn)入快速發(fā)展的黃金時(shí)期；在中國(guó)，并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量增長(zhǎng)速度將明顯加快，令世界矚目，離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)展的地域廣、潛力大，裝機(jī)總?cè)萘孔罱K將超過(guò)并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

田德，吉林松原人，1958年8月生。內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)教授，華北電力大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。1985年赴日本留學(xué)，1992年9月獲得日本明星大學(xué)電氣工程學(xué)博士學(xué)位?，F(xiàn)任中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)理事、中國(guó)太陽(yáng)能學(xué)會(huì)理事、《太陽(yáng)能學(xué)報(bào)》編委、全國(guó)“百千萬(wàn)人才工程”第一、二層次人選。享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼。省級(jí)中青年突貢專家。省級(jí)優(yōu)秀留學(xué)回國(guó)人員。主持完成的項(xiàng)目獲內(nèi)蒙古自治區(qū)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，已獲得中國(guó)實(shí)用新型專利1項(xiàng)。正申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利3項(xiàng)。發(fā)表研究論文50余篇，多篇被EI收錄。主持完成和正在主持的科研項(xiàng)目有：3項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目、3項(xiàng)國(guó)際合作項(xiàng)目、1項(xiàng)國(guó)家“十一五”科技攻關(guān)項(xiàng)目、9項(xiàng)省部級(jí)項(xiàng)目、3項(xiàng)橫向項(xiàng)目?，F(xiàn)從事離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和可再生能源利用的研究。

[參考文獻(xiàn)] [1]賀德馨.2020年中國(guó)的科學(xué)和技術(shù)發(fā)展研究[J].科技和產(chǎn)業(yè),2004,4(1):36.[2][法]D·勒古里雷斯(著),施鵬飛(譯).風(fēng)力機(jī)的理論與設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1987:31~33.[3]葉杭冶.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006:11~13.[4]陳云程,陳孝耀,朱成名,等.風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1990:1~11,48~51 [5]世界風(fēng)能協(xié)會(huì).2005年全球風(fēng)能統(tǒng)計(jì)[J].中國(guó)風(fēng)能，2006（1）：17~20

[6] The European Wind Energy Association, Greenpeace International.Wind Force 12.2002.http://，2006.12.17.[11]李德孚.2005年小型風(fēng)力發(fā)電行業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中國(guó)風(fēng)能,2006,(2):9～11 [12]田

德,王海寬，韓巧麗.濃縮風(fēng)能型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究與進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)(增刊)，中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)第七次全國(guó)會(huì)員代表大會(huì)暨學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2003,19:177～181.

第三篇：風(fēng)力發(fā)電的研究

網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院

《新能源發(fā)電》課 程 設(shè) 計(jì)

題目：風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

學(xué)習(xí)中心：河南許昌奧鵬學(xué)習(xí)中心【14】層次：專升本

專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化

年級(jí)：2011年秋 季

學(xué)號(hào)：20110804076

3學(xué)生：陳懿凡

輔導(dǎo)教師：康永紅

完成日期：2013 年08月30日

一、風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀

能源、環(huán)境問(wèn)題是當(dāng)今人類生存和發(fā)展所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。常規(guī)能源以煤、石油、天然氣為主，不僅資源有限，而且會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，對(duì)可再生能源的開(kāi)發(fā)與利用，已受到世界各國(guó)的高度重視?！伴_(kāi)發(fā)與利用可再生能源，改善能源結(jié)構(gòu)，減排溫室氣體，保護(hù)環(huán)境”已成為世界共識(shí)。一場(chǎng)世界性的開(kāi)發(fā)與利用新能源的浪潮已經(jīng)到來(lái)。新能源與可再生能源包括水能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽艿?，它們?cè)谙闹筮€可以得到恢復(fù)和補(bǔ)充，不會(huì)污染環(huán)境。其中，人類對(duì)風(fēng)能的利用已有上千年的歷史。地球上可利用的風(fēng)能為106MW，是可利用的水能的10 倍以上。在可再生能源中，風(fēng)能是一種非常可觀的、有前途的能源。風(fēng)力發(fā)電（簡(jiǎn)稱風(fēng)電）作為一種綠色電力，受到人們廣泛的關(guān)注。它具有資源蘊(yùn)藏量巨大、可再生、無(wú)污染、占地少、周期短等優(yōu)點(diǎn)，但是風(fēng)電也存在著風(fēng)能利用率低以及具有隨機(jī)性、不穩(wěn)定和分布不均勻性等缺陷。

1.國(guó)外風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

2012 年新增風(fēng)電裝機(jī)容量最多的10 個(gè)國(guó)家占世界風(fēng)電裝機(jī)的87%。與2007 年相比，美國(guó)保持第1 名，中國(guó)超過(guò)西班牙從第3 名上升到第2 名，印度超過(guò)德國(guó)和西班牙從第5名升至第3 名，前3 名的國(guó)家合計(jì)新增裝機(jī)容量占全世界的60%。

根據(jù)世界風(fēng)能協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，2012 年全世界風(fēng)電裝機(jī)容量新增約2726 萬(wàn)kW，增長(zhǎng)率約為29%。累計(jì)達(dá)到1.21 億kW，增長(zhǎng)率為42%，突破1 億kW 大關(guān)。風(fēng)電總量為2600 億kWh，占全世界總電量的比例從2000 年的0.25%增加到2012 年的1.5%。

盡管風(fēng)電的發(fā)展仍然存在著很多困難，如電網(wǎng)適應(yīng)能力、風(fēng)能資源、海上風(fēng)電發(fā)展等，但相比于常規(guī)能源，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)逐步凸顯，世界各國(guó)都對(duì)風(fēng)電發(fā)展充滿了信心。例如，歐美都公布了2030 年風(fēng)電滿足20%甚至更多電力需求的宏大目標(biāo)，這也為全球風(fēng)電的長(zhǎng)期發(fā)展定下了基調(diào)。從國(guó)際能源署（IEA）2012 年頒布的《2050 年能源技術(shù)情景》判斷，2012-2050年，全球風(fēng)電平均每年增加7000 萬(wàn)千瓦，風(fēng)電將成為一個(gè)龐大的新興電力市場(chǎng)。

2.國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)是世界上風(fēng)力資源占有率最高的國(guó)家之一，同時(shí)也是世界上最早利用風(fēng)能的國(guó)家之一。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)10 m 高度層風(fēng)能資源總量為3226GW，其

中陸上可開(kāi)采風(fēng)能總量為253GW，加上海上風(fēng)力資源，我國(guó)可利用風(fēng)力資源約為1000GW。如果風(fēng)力資源開(kāi)發(fā)率可達(dá)到60%，僅風(fēng)電一項(xiàng)就可支撐我國(guó)目前的全部電力需求。我國(guó)利用風(fēng)電起步較晚，和世界上風(fēng)電發(fā)達(dá)國(guó)家如德國(guó)、美國(guó)、西班牙等相比還有很大差距。風(fēng)電是20 世紀(jì)80 年代開(kāi)始迅速發(fā)展起來(lái)的，初期研制的風(fēng)機(jī)主要是1kW、10kW、55kW、220kW 等小型風(fēng)電機(jī)組，后期開(kāi)始研發(fā)可充電型風(fēng)電機(jī)組，并在海島和風(fēng)場(chǎng)廣泛應(yīng)用。至今，我國(guó)已經(jīng)在河北張家口、內(nèi)蒙古、山東榮城、遼寧營(yíng)口、黑龍江富錦、新疆達(dá)坂城、廣東南澳和海南等地建成了多個(gè)大型風(fēng)電場(chǎng)，并且計(jì)劃在江蘇南通、灌云及鹽城等地興建GW 級(jí)風(fēng)電場(chǎng)。

截止2007 年底，我國(guó)風(fēng)機(jī)裝機(jī)總量已達(dá)6.05 GW，年發(fā)電量占全國(guó)發(fā)電量的0.8%左右，比2000 年風(fēng)電發(fā)電量增加近10 倍。2012 年一年新增風(fēng)電裝機(jī)容量625 萬(wàn)千瓦，比過(guò)去20年累計(jì)的總量還多，新增裝機(jī)增長(zhǎng)率約為89%。累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量約1215 萬(wàn)千瓦，占全國(guó)裝機(jī)總量的1.5%，累計(jì)裝機(jī)增長(zhǎng)率為106%。風(fēng)電裝機(jī)主要分布在24 個(gè)省，比2007 年增加了重慶、云南和江西三個(gè)省。2006 至2012 年風(fēng)電增長(zhǎng)狀況。

中國(guó)政府為了推動(dòng)并網(wǎng)風(fēng)電的商業(yè)化發(fā)展，國(guó)家發(fā)改委明確提出我國(guó)風(fēng)電發(fā)展的規(guī)劃目標(biāo)：2005 年全國(guó)風(fēng)電裝機(jī)總量達(dá)到100 萬(wàn)千瓦，2012 年全國(guó)風(fēng)電裝機(jī)總量達(dá)到400 萬(wàn)千瓦，2015 年全國(guó)風(fēng)電裝機(jī)總量達(dá)到1000 萬(wàn)千瓦，2020 年全國(guó)風(fēng)電裝機(jī)總量達(dá)到2000 萬(wàn)千瓦，占全國(guó)總裝機(jī)容量的2%左右?？梢灶A(yù)計(jì)，中國(guó)即將成為世界風(fēng)電發(fā)展令人矚目的國(guó)家之一。

二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

要比較風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)首先要對(duì)其類型進(jìn)行了解。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)類型的不同。不同風(fēng)電機(jī)組的工作原理、數(shù)學(xué)模型都不相同，因此分析方法也有所差異。目前國(guó)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組的主要機(jī)型有3種，每種機(jī)型都有其特點(diǎn)。

1.異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)

國(guó)內(nèi)已運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)大部分機(jī)組是異步風(fēng)電發(fā)電機(jī)。主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、價(jià)格便宜。這種發(fā)電機(jī)組為定速恒頻機(jī)沮，運(yùn)行中轉(zhuǎn)速基本不變，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行在風(fēng)能轉(zhuǎn)換最佳狀態(tài)下的幾率比較小，因而發(fā)電能力比新型機(jī)組低。同時(shí)運(yùn)行中需要從電力系統(tǒng)中吸收無(wú)功功率。為滿足電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)功率因數(shù)的要求，多采用在機(jī)端并聯(lián)補(bǔ)償電容器的方法，其補(bǔ)償策略是異步發(fā)電機(jī)配有若干組固定容量的電容器。

由于風(fēng)速大小隨氣候環(huán)境變化，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)力機(jī)不可能經(jīng)常在額定風(fēng)速下運(yùn)行，為了充分利用低風(fēng)速時(shí)的風(fēng)能，增加全年的發(fā)電量，近年廣泛應(yīng)用雙速異步發(fā)電機(jī)。這種雙速異步發(fā)電機(jī)可以改變極對(duì)數(shù)，有大、小電機(jī)2種運(yùn)行方式。

2.雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)

國(guó)內(nèi)還有一些風(fēng)電場(chǎng)選用雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，大多來(lái)源于國(guó)外，價(jià)格較貴。這種機(jī)型稱為變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)，其風(fēng)力機(jī)可以變速運(yùn)行，運(yùn)行速度能在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，使風(fēng)機(jī)風(fēng)能利用系數(shù)Cp得到優(yōu)化,獲得高的利用效率；可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)較平滑的電功率輸出；發(fā)電機(jī)本身不需要另外附加無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)在一定范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)，例如功率因數(shù)從領(lǐng)先0.95調(diào)節(jié)到滯后0.95范圍內(nèi)，因而具有調(diào)節(jié)無(wú)功功率出力的能力。

3.直驅(qū)式交流永磁同步發(fā)電機(jī)

大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中，齒輪箱是故障較高的部件。采用無(wú)齒輪箱結(jié)構(gòu)能大大提高風(fēng)電機(jī)組的可靠性，降低故障率，提高風(fēng)電機(jī)組的壽命。目前國(guó)內(nèi)有風(fēng)電場(chǎng)使用了直驅(qū)式交流永磁同步發(fā)電機(jī)，運(yùn)行時(shí)全部功率經(jīng)A-D-A變換，接入電力系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行。與其他機(jī)型比較，需考慮諧波治理問(wèn)題。

三、風(fēng)力發(fā)電的控制技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的核心系統(tǒng)，因此研究控制技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，可靠保證了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)、安全并網(wǎng)運(yùn)行。下面對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)及相關(guān)軟件改進(jìn)進(jìn)行系統(tǒng)地闡述。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)由本體系統(tǒng)和電控（總體控制）系統(tǒng)組成，本體系統(tǒng)包括空氣動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、變流系統(tǒng)及其附屬結(jié)構(gòu)；電控系統(tǒng)由不同的模塊構(gòu)成，主模塊包括變槳控制、偏航控制、變流控制等，輔助模塊則包括通訊、監(jiān)控、健康管理控制等。而且，在本體系統(tǒng)與電控系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的聯(lián)系及信號(hào)的變換。例如，空氣動(dòng)力系統(tǒng)的槳距由變槳控制系統(tǒng)控制，保證了風(fēng)能轉(zhuǎn)化的最大化，功率輸出的穩(wěn)定等作用。風(fēng)輪的自動(dòng)對(duì)風(fēng)及連續(xù)跟蹤風(fēng)向引起電纜纏繞的自動(dòng)解纜受偏航控制系統(tǒng)控制，分為主、被動(dòng)迎風(fēng)兩種模式，目前大型并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)多采用主動(dòng)偏航模式。變流控制常和變槳距系統(tǒng)結(jié)合，對(duì)變速恒頻的運(yùn)行及最大額定功率進(jìn)行控制。

根據(jù)風(fēng)電機(jī)組不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，可將機(jī)組控制系統(tǒng)分為不同種類。目前風(fēng)力發(fā)電的主流機(jī)型主要是依據(jù)槳距特性，發(fā)電機(jī)類型等分類，通過(guò)技術(shù)不斷改

進(jìn)，控制系統(tǒng)由最先的定槳距恒速恒頻控制到變槳距恒速恒頻控制,隨之發(fā)展為變槳距變速恒頻控制。此外，據(jù)連接電網(wǎng)類型可將風(fēng)電控制系統(tǒng)分為離網(wǎng)型和并網(wǎng)型，前者已步入大規(guī)模穩(wěn)定發(fā)展階段。后者則成為現(xiàn)階段控制系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。

風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)需要一種完善的系統(tǒng)軟件配置以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行。目前，控制系統(tǒng)軟件的模塊化、參數(shù)化、功能化逐漸實(shí)現(xiàn)軟件的兼容性與繼承性。

1.模塊化

控制系統(tǒng)整個(gè)軟件是許多硬件的整合，我們可以講每一個(gè)硬件子系統(tǒng)座位獨(dú)立的模塊，子系統(tǒng)與PLC之間的數(shù)據(jù)交互即為模塊的輸入輸出，這種模塊化的形式通過(guò)固化被選擇性的調(diào)用執(zhí)行程序，從而實(shí)現(xiàn)程序的兼容性，并做到小范圍的軟件修改和工作量的最小化。

2.參數(shù)化

參數(shù)設(shè)置是對(duì)軟件靈活性的優(yōu)化。對(duì)于多配置整合的程序，我們將軟件開(kāi)關(guān)作為一種參數(shù)，完成配置間切換，來(lái)決定程序模塊是否正常執(zhí)行。包括動(dòng)作事件參數(shù)、故障參數(shù)、控制參數(shù)等，對(duì)不同屬性結(jié)構(gòu)體的形式進(jìn)行設(shè)置，執(zhí)行程序時(shí)只需讀入相應(yīng)參數(shù)即可。

3.功能化

軟件功能化包括協(xié)議解析功能化、故障判斷功能化及控制功能化。協(xié)議解析功能化即依據(jù)特定的子系統(tǒng)定義不同的功能塊，當(dāng)調(diào)用特定的配置參數(shù)時(shí)，可以執(zhí)行相應(yīng)的功能塊程序，完成功能塊內(nèi)部的所有數(shù)據(jù)庫(kù)的處理。故障判斷涉及對(duì)所有控制監(jiān)測(cè)的判斷，應(yīng)用功能塊可簡(jiǎn)化并統(tǒng)一故障的判斷。將軟件中大量的邏輯控制（如水冷的風(fēng)扇控制，變槳控制等）整合到功能塊中，制定全面的輸入輸出接口，既完成現(xiàn)有控制功能，又增加了其拓展功能。因此功能模塊化使得程序執(zhí)行邏輯性與可讀性均有所提高。

四、風(fēng)力發(fā)電的展望

作為一種自然資源，風(fēng)電正受到發(fā)展中國(guó)家的重視。中國(guó)西部、印度北部、巴西西北部、拉丁美洲的安第斯山脈和北非，都是風(fēng)能資源豐富的地區(qū)。在我國(guó)西部地區(qū)，如新疆、內(nèi)蒙古、西藏、青海、甘肅等地，由于地理位置特殊，又缺少水源，風(fēng)力發(fā)電就成為能源發(fā)展的首選項(xiàng)目。目前，我國(guó)在新疆、內(nèi)蒙

古、河北等地，均已建成大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電站。

目前，我國(guó)已形成年產(chǎn)30萬(wàn)臺(tái)100瓦至5000瓦獨(dú)立運(yùn)行小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的能力。在內(nèi)蒙古，已有60萬(wàn)居住在偏遠(yuǎn)地區(qū)的牧民用風(fēng)力發(fā)電解決了生活、生產(chǎn)用電，每套小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)（含蓄電池）價(jià)格在2000元左右。風(fēng)力發(fā)電可用來(lái)照明、看電視、提井水飲牲畜、分離牛奶、剪羊毛等，極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。

由于風(fēng)向變幻不定，風(fēng)力大小無(wú)常，這些問(wèn)題也給大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能帶來(lái)了不少困難。

人們依靠先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)制造的新型風(fēng)輪發(fā)電機(jī)，能夠隨著風(fēng)向的變化和風(fēng)力的大小隨意輕快地旋轉(zhuǎn)，在風(fēng)速較大或較小的情況下都能正常工作。它的運(yùn)行和控制完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，通過(guò)幾百個(gè)傳感器及時(shí)收集風(fēng)速、風(fēng)力、風(fēng)向等信息，再經(jīng)電腦處理、調(diào)整，使風(fēng)輪機(jī)得以在最佳的狀態(tài)下運(yùn)行。

隨著風(fēng)輪機(jī)的大型化和高效化，風(fēng)力發(fā)電的成本也在不斷下降。目前，風(fēng)電價(jià)格已經(jīng)可以與石油、煤、天然氣發(fā)電和核電的價(jià)格相競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)而還將能與水電價(jià)格一比高低。此外，國(guó)家在稅收等方面也給予風(fēng)電適當(dāng)?shù)恼疹櫤蛢?yōu)惠，使風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)不斷下降。

國(guó)家電力公司已將風(fēng)電作為我國(guó)電力工業(yè)的重要組成部分，并制定了發(fā)展規(guī)劃。2000年，全國(guó)風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到40萬(wàn)千瓦。

21世紀(jì)將是高效、潔凈和安全利用新能源的時(shí)代。目前，世界各國(guó)都在做這方面的努力，都把能源開(kāi)發(fā)利用作為關(guān)鍵科技領(lǐng)域給予關(guān)注。在這方面，風(fēng)能將成為其中的主要角色，為21世紀(jì)的人類服務(wù)。

第四篇：風(fēng)力發(fā)電研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

風(fēng)力發(fā)電研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

摘要：本文首先針對(duì)風(fēng)力發(fā)電與其他能源的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行對(duì)比；接著闡述我國(guó)風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的研究現(xiàn)狀；再對(duì)我國(guó)未來(lái)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；可再生能源；現(xiàn)狀；趨勢(shì)

The Status and Development Trend of Chinese Wind

Power Abstract: The wind power generation and the Other forms of energy are compared;The status of wind power in China are introduced;Our future wind power status are analyzed.Key words: wind power;renewable energy;present situation;status

引言

風(fēng)能是由地球表面大量空氣流動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能。由于地面各處受太陽(yáng)輻照后氣溫變化不同和空氣中水蒸氣的含量不同從而引起各地氣壓的差異，在水平方向高壓空氣向低壓地區(qū)流動(dòng)，即形成風(fēng)。風(fēng)能資源決定于風(fēng)能密度和可利用的風(fēng)能年累積小時(shí)數(shù)。風(fēng)能密度是單位迎風(fēng)面積可獲得的風(fēng)的功率，與風(fēng)速的三次方和空氣密度成正比關(guān)系。

隨著世界經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷增大，世界能源消費(fèi)量持續(xù)增長(zhǎng)。能源危機(jī)的陰影正日益困擾著人類的生產(chǎn)和生活，世界上越來(lái)越多的國(guó)家也認(rèn)識(shí)到，一個(gè)能夠持續(xù)發(fā)展的社會(huì)應(yīng)該是一個(gè)既能滿足社會(huì)的需要，而又不危及子孫后代前途的社會(huì)

[1]。節(jié)約能源，提高能源利用效率，盡可能多地利用潔凈能源替代高含碳量的礦物燃料，已成為世界利用能源的主題。近年來(lái)，人們已經(jīng)逐漸認(rèn)識(shí)到風(fēng)力發(fā)電在減輕環(huán)境污染、調(diào)整電網(wǎng)中的能源結(jié)構(gòu)、解決偏遠(yuǎn)地區(qū)居民用電問(wèn)題等方面的突出作用，無(wú)論從調(diào)整電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，還是從商業(yè)化方面都促使人們開(kāi)始重視發(fā)展風(fēng)力發(fā)電[2]。

1風(fēng)力發(fā)電與其他能源相比較有以下幾方面的優(yōu)勢(shì)

1.1全球擁有豐富的風(fēng)能資源

風(fēng)的產(chǎn)生式由于地球表面上的大氣受到太陽(yáng)輻射引起部分空氣的流動(dòng)，是太陽(yáng)能的一種轉(zhuǎn)化形式，風(fēng)能是地球與生俱來(lái)的資源。世界擁有巨大的風(fēng)能資源。據(jù)估計(jì)，世界風(fēng)能資源高達(dá)每53萬(wàn)億千瓦時(shí)，預(yù)計(jì)到 2020年全球電力需求會(huì)上升至年25578萬(wàn)億千瓦時(shí), 也就是說(shuō)全球風(fēng)能資源是世界預(yù)期電力需求的2倍[3]。

1.2風(fēng)能是可再生的清潔能源

風(fēng)能是不需要開(kāi)采、運(yùn)輸、不產(chǎn)生任何污染的清潔可再生能源。而且1臺(tái)單機(jī)容量1000千瓦的風(fēng)機(jī)與同容量火電裝機(jī)相比，每年可減排二氧化碳2000噸、二氧化硫10噸、二氧化氮6噸。僅2007年, 全球940億瓦風(fēng)機(jī)容量就將減少

[4]二氧化碳排放12200萬(wàn)噸，相當(dāng)于20個(gè)大型燃煤發(fā)電站的排放量。

1.3風(fēng)機(jī)建造周期短、運(yùn)行和維護(hù)成本低

風(fēng)力發(fā)電和其他發(fā)電方式相比，建設(shè)周期一般很短(1臺(tái)風(fēng)機(jī)的安裝時(shí)間不超過(guò)3個(gè)月)，1個(gè)50萬(wàn)千瓦級(jí)的風(fēng)力發(fā)電廠建設(shè)期不到1年，而且安裝1臺(tái)投入運(yùn)行1臺(tái)，裝機(jī)規(guī)模靈活。目前風(fēng)電廠造價(jià)為 8000-9000元/千瓦，其中，機(jī)組(設(shè)備)占75%，基礎(chǔ)設(shè)施占20%，其他為5%；風(fēng)能利用小時(shí)數(shù)在2700-3200小時(shí)/年，其風(fēng)電成本約0.45-0.6元/千瓦時(shí)。風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)壽命一般為20-25年，其運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用一般相當(dāng)于風(fēng)電機(jī)組成本的 3%-5%[5]。

1.4風(fēng)力發(fā)電占地少，現(xiàn)場(chǎng)所需人員少

風(fēng)力發(fā)電相關(guān)建筑僅占風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)約7%的土地，其余場(chǎng)地仍可供其他產(chǎn)業(yè)使用；可以靈活地建設(shè)在山丘、海邊、荒漠等地[6]。風(fēng)電廠建成后，現(xiàn)場(chǎng)幾乎不需要運(yùn)行人員，可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作。中國(guó)風(fēng)電發(fā)展的現(xiàn)狀

2.1中國(guó)風(fēng)力資源分布情況

我國(guó)風(fēng)能資源比較豐富。根據(jù)全國(guó)第2次風(fēng)能資源普查結(jié)果,中國(guó)陸地風(fēng)能離地面10米高度的經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)量2.53億千瓦, 離地面50米估計(jì)可能增大一倍。近海資源估計(jì)比陸地上大3倍,10米高經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)量約7.5億千瓦,50米高約15億千瓦

[7]。

我國(guó)的風(fēng)力資源主要分布在兩大風(fēng)帶: 一是三北地區(qū)(東北、華北和西北地區(qū))。包括東北3省和河北、內(nèi)蒙古、甘肅、青海、西藏、新疆等省區(qū)近200千米寬的地帶, 可開(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能儲(chǔ)量約2億千瓦, 約占全國(guó)可利用儲(chǔ)量的79%。該地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)地形平坦, 交通方便, 沒(méi)有破壞性風(fēng)速, 是我國(guó)連成一片的最大風(fēng)能資源區(qū), 有利于大規(guī)模地開(kāi)發(fā)風(fēng)電場(chǎng)。二是東部沿海陸地、島嶼及近岸海域。冬春季的冷空氣、夏秋的臺(tái)風(fēng), 都能影響到沿海及其島嶼, 是我國(guó)風(fēng)能最佳豐富區(qū), 年有效風(fēng)功率密度在200瓦/平方米以上。如臺(tái)山、平潭、東山、南鹿、大陳、嵊泗、南澳、馬祖、馬公、東沙等, 可利用小時(shí)數(shù)約在7000至8000小時(shí)。這一地區(qū)特別是東南沿海,由海岸向內(nèi)陸丘陵連綿, 風(fēng)能豐富地區(qū)僅在距海岸50千米之內(nèi)。另外, 內(nèi)陸地區(qū)還有一些局部風(fēng)能資源豐富區(qū)[8]。

從上述風(fēng)力資源分布情況來(lái)看, 中國(guó)有相當(dāng)大的地區(qū)有著豐富的風(fēng)能資源, 具有很大的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值, 商業(yè)化、規(guī)?；臐摿艽?。

2.2 風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展迅速，建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大

我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電始于20世紀(jì)50年代后期，在吉林、遼寧、新疆等省建立了單臺(tái)容量在10kW以下的小型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，但其后就處于停滯狀態(tài)。到了20世紀(jì)70年代中期以后，在世界能源危機(jī)的影響下，特別是在農(nóng)村、牧區(qū)、海島等地方對(duì)電力迫切需求的推動(dòng)下，我國(guó)的一些地區(qū)和部門對(duì)風(fēng)力發(fā)電的研究、試點(diǎn)和推廣應(yīng)用又給予了重視與支持，但在這一階段，其風(fēng)電設(shè)備都是獨(dú)立運(yùn)行的。直到1986

年，在山東榮城建成了我國(guó)第一座并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電場(chǎng)后，從此并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)進(jìn)入了探索和示范階段，但其特點(diǎn)是規(guī)模和單機(jī)容量均較小。到1990年已建成4座并網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)，總裝機(jī)容量為4.215兆瓦，其最大單機(jī)容量為200千瓦。在此基礎(chǔ)上，風(fēng)力發(fā)電從1991年起開(kāi)始步入了逐步推廣階段，到1995年，全國(guó)共建成了5座并網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)，裝機(jī)總?cè)萘繛?6.1兆瓦，最大單機(jī)容量為500千瓦。1996年后，風(fēng)力發(fā)電進(jìn)入了擴(kuò)大建設(shè)規(guī)模的階段，其特點(diǎn)是風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模和裝機(jī)容量均較大，最大單機(jī)容量為1500千瓦[9]。據(jù)中國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì)最新統(tǒng)計(jì)，2007年中國(guó)除臺(tái)灣省外新增風(fēng)電機(jī)組3,144 臺(tái)。與2006 年相比，2007年當(dāng)年新增裝機(jī)增長(zhǎng)率為145.8％，累計(jì)裝機(jī)增長(zhǎng)率為126.6％。2008年又新增風(fēng)電裝機(jī)容量630萬(wàn)千瓦,新增容量位列全球第2,僅次于美國(guó).截至2008年底總裝機(jī)容量達(dá)到1215.3萬(wàn)千瓦,同比增長(zhǎng)106% ,總裝機(jī)容量超過(guò)了印度,位列全球第4,同時(shí)躋身世界風(fēng)電裝機(jī)容量超千萬(wàn)千瓦的風(fēng)電大國(guó)行列.2007年中國(guó)除臺(tái)灣省外累計(jì)風(fēng)電機(jī)組6458

[10]臺(tái)，裝機(jī)容5890兆瓦。截至2010年底，我國(guó)新增風(fēng)電裝機(jī)1600萬(wàn)千瓦，累計(jì)裝

機(jī)容量達(dá)到4182.7萬(wàn)千瓦，均居世界第一，其中3100萬(wàn)千瓦裝機(jī)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。目前，甘肅酒泉、蒙東、蒙西、東北、河北、新疆、江蘇、山東等多個(gè)千萬(wàn)千瓦風(fēng)電基地正有序推進(jìn)，蒙西和甘肅酒泉風(fēng)電基地裝機(jī)均超過(guò)500萬(wàn)千瓦，河北、吉林等多個(gè)地區(qū)裝機(jī)超過(guò)250萬(wàn)千瓦。上海世博會(huì)期間，上海東海大橋10萬(wàn)千瓦海上風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)發(fā)電，成為除歐洲之外世界上第一座海上風(fēng)電場(chǎng)。隨后，總規(guī)模100萬(wàn)千瓦的海上風(fēng)電特許權(quán)項(xiàng)目也在江蘇啟動(dòng)。2010年，風(fēng)電發(fā)電量達(dá)到450

[11]億千瓦時(shí)，比上年增長(zhǎng)63%。

2.3 國(guó)家及政府有關(guān)部門重視和支持風(fēng)力發(fā)電

風(fēng)電的迅速發(fā)展與國(guó)家的政策扶持密不可分?！笆晃濉睍r(shí)期，我國(guó)陸續(xù)出臺(tái)了《可再生能源法》、《關(guān)于風(fēng)電建設(shè)管理有關(guān)要求的通知》及《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》等一系列配套政策和實(shí)施細(xì)則，這些政策不僅為風(fēng)電長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供了法律保障、政策支持，也明確提出了裝備先行、市場(chǎng)化的發(fā)展戰(zhàn)略。截至目前，風(fēng)電企業(yè)享受所得稅“三免三減半”、“增值稅減免50%”、“即征即退”等一系列優(yōu)惠政策。除了國(guó)家推出的標(biāo)桿電價(jià)外，部分省份還另外推出風(fēng)電補(bǔ)貼，[12]山東、廣東的風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)均高于國(guó)家標(biāo)桿電價(jià)。

2.4 專業(yè)隊(duì)伍和國(guó)產(chǎn)化水平逐漸提高

風(fēng)力發(fā)電的“裝備先行”戰(zhàn)略使風(fēng)電快速發(fā)展[13]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2004年全國(guó)裝機(jī)的風(fēng)電設(shè)備中，進(jìn)口設(shè)備占90%，2010年全國(guó)裝機(jī)的風(fēng)電設(shè)備中國(guó)產(chǎn)設(shè)備占90%。隨著國(guó)內(nèi)風(fēng)電市場(chǎng)的發(fā)展，有10余家風(fēng)電設(shè)備制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，華銳、金風(fēng)等7家制造企業(yè)已經(jīng)躋身2010年世界風(fēng)電設(shè)備制造15強(qiáng)，其中華銳風(fēng)電已經(jīng)躍居世界第二。經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)積累和資本投入，國(guó)內(nèi)風(fēng)電設(shè)備生產(chǎn)水平不斷提高，兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)等科技難關(guān)被相繼攻克。

風(fēng)電設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)風(fēng)電技術(shù)水平和運(yùn)營(yíng)質(zhì)量的快速提升。目前，國(guó)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組普遍采用當(dāng)今世界主流技術(shù)，世界領(lǐng)先的3兆瓦機(jī)和海上風(fēng)電項(xiàng)目均在國(guó)內(nèi)落戶。單位千瓦造價(jià)已從“十一五”初期的7000元左右降到4000元以

[14]下，降幅達(dá)40%。

2010年全國(guó)累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量已突破40000兆瓦，海上風(fēng)電大規(guī)模開(kāi)發(fā)正式起步。國(guó)內(nèi)風(fēng)電市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)日趨激烈，使得企業(yè)在滿足國(guó)內(nèi)需求的基礎(chǔ)上，積

極拓展海外市場(chǎng)。中國(guó)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)發(fā)展前景廣闊，預(yù)計(jì)未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間都將保持高速發(fā)展，同時(shí)盈利能力也將隨著技術(shù)的逐漸成熟穩(wěn)步提升。“十二五”期間，我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)仍將持續(xù)每年10000兆瓦以上的新增裝機(jī)速度，風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)、[15]并網(wǎng)發(fā)電、風(fēng)電設(shè)備制造等領(lǐng)域成為投資熱點(diǎn)，市場(chǎng)前景看好。

3全球風(fēng)力發(fā)電的趨勢(shì)

風(fēng)力發(fā)電是一種主要的風(fēng)能利用形式，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)開(kāi)展了多年，隨著能源環(huán)境的變化和風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的成熟，未來(lái)幾年風(fēng)力發(fā)電將呈現(xiàn)新的趨勢(shì)。

3.1風(fēng)力發(fā)電投資成本降低

風(fēng)力發(fā)電相對(duì)于太陽(yáng)能、生物質(zhì)等可再生能源技術(shù)更為成熟、成本更低、對(duì)環(huán)境破壞更小。在過(guò)去20多年里，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)不斷取得突破，規(guī)模經(jīng)濟(jì)性日益明顯。

根據(jù)美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室NREL的統(tǒng)計(jì)，從1980年至2005年期間，風(fēng)力發(fā)電的成本下降超過(guò)90%，下降速度快于其他幾種可再生能源形式[16]。根據(jù)丹麥RIS國(guó)家研究實(shí)驗(yàn)室對(duì)安裝在丹麥的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所進(jìn)行的評(píng)估,從1981～2002年間，風(fēng)力發(fā)電成本由15.8歐分/千瓦時(shí)下降到4.04歐分/千瓦時(shí)，預(yù)計(jì)2010電成本下降至3歐分/千瓦時(shí)，2020年降低至2.34歐分/千瓦時(shí)[17]。

隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的改進(jìn)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將越來(lái)越便宜和高效。增大風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量就減少了基礎(chǔ)設(shè)施的投入費(fèi)用，而且同樣的裝機(jī)容量需要更少數(shù)目的機(jī)組，這也節(jié)約了成本。隨著融資成本的降低和開(kāi)發(fā)商的經(jīng)驗(yàn)豐富，項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的成本也相應(yīng)得到降低。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性的改進(jìn)也減少了運(yùn)行維護(hù)的平均成本?？傮w上，風(fēng)力發(fā)電成本將得到大幅降低[18]。

3.2風(fēng)力發(fā)電國(guó)產(chǎn)化必要性

實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)裝備國(guó)產(chǎn)化的目的是提高我國(guó)風(fēng)力發(fā)電裝備的制造能力和技術(shù)水平，降低風(fēng)力發(fā)電成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，為推動(dòng)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。加大風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的國(guó)產(chǎn)化力度，一方面可為風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)建設(shè)采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備提供優(yōu)質(zhì)廉價(jià)的選擇；另一方面，也可迫使國(guó)外同類企業(yè)在參與我國(guó)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)大幅度降低產(chǎn)品價(jià)格。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)裝備國(guó)產(chǎn)化的指導(dǎo)思想是以市場(chǎng)為導(dǎo)向，以工程為依托，在引進(jìn)消化吸收國(guó)際先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行創(chuàng)新提高，開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備[19]。

風(fēng)力發(fā)電國(guó)產(chǎn)化水平日益提高，如全部實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組國(guó)產(chǎn)化，預(yù)計(jì)可降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成本30%，在不改變其它條件的前提下，可使風(fēng)力發(fā)電成本降至0.332元/千瓦時(shí)。為此，國(guó)家必須加大科研開(kāi)發(fā)投資力度，在目前條件下以風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)建設(shè)投資1.5%-3%的比例支持我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)科研開(kāi)發(fā)和國(guó)產(chǎn)化是適宜的[20]。其重要意義不僅僅在于降低風(fēng)力發(fā)電成本，還將推動(dòng)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)業(yè)的形成，利用我們的優(yōu)勢(shì)走向國(guó)際市場(chǎng)。

3.3海上風(fēng)力發(fā)電將成為風(fēng)力發(fā)電的新視點(diǎn)

海上有豐富的風(fēng)能資源和廣闊平坦的區(qū)域，使得近海風(fēng)力發(fā)電技術(shù)成為近來(lái)研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。多兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在近海風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的商業(yè)化運(yùn)行是國(guó)內(nèi)外風(fēng)能利用的新趨勢(shì)。

國(guó)際上，到2003年末，圍繞歐洲海岸線的海上風(fēng)力發(fā)電總裝機(jī)已達(dá)到600兆瓦，其中大部分都集中在丹麥、瑞典、荷蘭和英國(guó)。目前最大的海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)是位于丹麥南海岸的Nysted風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，容量為165.6兆瓦，由72臺(tái)Bonus2.3兆瓦海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組組成，于2003年12月開(kāi)始發(fā)電。到2010年，歐洲海上風(fēng)力發(fā)電的裝機(jī)容量已達(dá)到10000兆瓦。海上風(fēng)速大且穩(wěn)定，年利用小時(shí)數(shù)可達(dá)到3000小時(shí)以上。同容量裝機(jī)，海上比陸上成本增加60%，電量增加50%以上。隨著風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展，陸地上的風(fēng)機(jī)總數(shù)已經(jīng)趨于飽和，海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)將成為未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)。海上發(fā)電是近年來(lái)國(guó)際風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新領(lǐng)域。[21]

海上風(fēng)能資源儲(chǔ)量遠(yuǎn)大于陸地風(fēng)能，儲(chǔ)量10米高度可利用的風(fēng)能資源超過(guò)7億千瓦，而且距離電力負(fù)荷中心很近。目前上海已開(kāi)始海上風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)，到2010年，上海的風(fēng)力發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到200－300兆瓦[22]。為達(dá)到這一目標(biāo)，第一座長(zhǎng)距離跨海大橋東海大橋兩側(cè)將建成內(nèi)地首個(gè)海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)。隨著海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)技術(shù)的發(fā)展成熟，經(jīng)濟(jì)上可行，將來(lái)必然會(huì)成為重要的可持續(xù)能源。

3.4大型發(fā)電機(jī)組是風(fēng)力發(fā)電必然的趨勢(shì)

隨著現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展的日趨成熟，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正不斷向大型化發(fā)展。2002年前后，國(guó)際風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)上主流機(jī)型已經(jīng)達(dá)到1500千瓦以上。目前，歐洲已批量安裝3600千瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，美國(guó)已研制成功7000千瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，而英國(guó)正在研制巨型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的規(guī)模一直在不斷增大，國(guó)際上主流的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已達(dá)到2-3兆瓦。國(guó)家2008年7月發(fā)改委共核準(zhǔn)了222.45萬(wàn)千瓦大型風(fēng)電項(xiàng)目，是2007年底全國(guó)累計(jì)裝機(jī)600萬(wàn)千瓦的[23]37%。

大體上大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有兩種發(fā)展模式。陸地風(fēng)力發(fā)電，其方向是低風(fēng)速發(fā)電技術(shù)，主要機(jī)型是2-5兆瓦的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，這種模式關(guān)鍵是向電網(wǎng)輸電。近海風(fēng)力發(fā)電，主要用于比較淺的近海海域，安裝5兆瓦以上的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，布置大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，這種模式的主要制約因素是風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的規(guī)劃和建設(shè)成本，但是近海風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢(shì)是明顯的，即不占用土地，海上風(fēng)力資源較好[24]。

4結(jié)論

風(fēng)力發(fā)電具有既能保證能源的有序利用，又能戰(zhàn)勝全球氣候變化，更有利于全球的環(huán)境資源保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)我國(guó)風(fēng)能資源及利用狀況的調(diào)查，我國(guó)的風(fēng)能開(kāi)發(fā)和利用已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)嶄新時(shí)期，尤其是小型風(fēng)機(jī)的生產(chǎn)和應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，效果也非常不錯(cuò)，并且前景非常廣闊。我們要充分有效地利用風(fēng)能這種可再生、無(wú)污染、環(huán)保節(jié)凈的自然資源，通過(guò)致力于風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)創(chuàng)新與科研開(kāi)發(fā)，使我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電得到長(zhǎng)足發(fā)展，使風(fēng)電在我國(guó)得到更加廣泛的應(yīng)用。

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第五篇：風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和風(fēng)能利用方式

1973年發(fā)生石油危機(jī)以后，西方發(fā)達(dá)國(guó)家為尋求替代石化燃料的能源，在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究與應(yīng)用上投入了相當(dāng)大的人力和資金，充分綜合利用空氣動(dòng)力學(xué)、新材料、新型電機(jī)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制及通信技術(shù)等方面的最新成果，開(kāi)創(chuàng)了風(fēng)能利用的新時(shí)期。

德國(guó)、美國(guó)、丹麥等國(guó)開(kāi)發(fā)建立了評(píng)估風(fēng)力資源的測(cè)量及計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)，發(fā)展了變槳距控制及失速控制的風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)理論，采用了新型風(fēng)力機(jī)葉片材料及葉片翼型，研制出了變極、變滑差、變速恒頻及低速永磁等新型發(fā)電機(jī)，開(kāi)發(fā)了由微機(jī)控制的單臺(tái)和多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成的機(jī)群的自動(dòng)控制技術(shù)，從而大大提高了風(fēng)力發(fā)電的效率和可靠性。

風(fēng)電場(chǎng)是大規(guī)模利用風(fēng)能的有效方式，20世紀(jì)80年代初在美國(guó)加利福尼亞州興起。而海岸線附近的海域風(fēng)能資源豐富，風(fēng)力強(qiáng)，風(fēng)速均勻，可大面積采獲能量，適合大規(guī)模開(kāi)發(fā)風(fēng)電。然而在海上建造難度也大：巨大的基座必須固定入海底30m深度，才能使裝置經(jīng)受得住狂風(fēng)惡浪的沖擊；水下的驅(qū)動(dòng)裝置和電子部件必須得能防止高鹽度海水的腐蝕；與陸地連接還得需要幾公里長(zhǎng)的海底電纜。

2.2風(fēng)電裝機(jī)容量

德國(guó)的風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)610.7萬(wàn)kW，占德國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量的33%，居世界第1位。西班牙風(fēng)電裝機(jī)容量283.6萬(wàn)kW，居世界第2位。美國(guó)風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)261萬(wàn)kW，居世界第3位。丹麥風(fēng)電技術(shù)也很先進(jìn)，裝機(jī)容量234.1萬(wàn)kW。印度風(fēng)電增長(zhǎng)很快，到2000年累積裝機(jī)容量已達(dá)到122萬(wàn)kW。日本的風(fēng)電裝機(jī)容量46萬(wàn)kW，運(yùn)行較穩(wěn)定的是海岸線或島上的風(fēng)力發(fā)電站，已達(dá)576臺(tái)風(fēng)電設(shè)備。

2.3各國(guó)的風(fēng)力發(fā)電政策

目前風(fēng)電機(jī)組成本仍比較高，但隨著生產(chǎn)批量的增大和技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，成本將會(huì)繼續(xù)下降(見(jiàn)表1)。許多國(guó)家建立了眾多的中型和大型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，并形成了一整套有關(guān)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的規(guī)劃方法、運(yùn)行管理和維護(hù)方式、投融資方式、國(guó)家扶持的優(yōu)惠政策及規(guī)范、法規(guī)等。

表1世界風(fēng)電裝機(jī)容量（萬(wàn)kW）和發(fā)電成本（美分/kW·h）

年份******97199819992000

容量******1393184

5成本15.310.97.26.66.15.65.35.15.04.94.8

數(shù)據(jù)來(lái)源：丹麥BTM咨詢公司

歐洲發(fā)展風(fēng)電的動(dòng)力主要來(lái)自于改善環(huán)境的壓力，將風(fēng)電的發(fā)展作為減少二氧化碳等氣體排放的措施。德國(guó)、丹麥、西班牙等國(guó)都制定了比較高的風(fēng)電收購(gòu)電價(jià)，保持了穩(wěn)定高速的增長(zhǎng)，1996年以后年增長(zhǎng)率超過(guò)30%，使風(fēng)電成為發(fā)展最快的清潔電能。丹麥風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展策略是政府不直接支持制造廠商，而是對(duì)購(gòu)買風(fēng)電機(jī)組的用戶提供補(bǔ)貼。英國(guó)的《可再生能源責(zé)任法規(guī)》要求到2010年，每個(gè)電力供應(yīng)商必須使可再生能源的電力供應(yīng)量達(dá)到總電量的10%。

美國(guó)政府為鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)可再生能源，在20世紀(jì)80年代初出臺(tái)了一系列優(yōu)惠政策。聯(lián)邦政府和加利福尼亞州政府對(duì)可再生能源的投資者分別減免了25%的稅賦，規(guī)定有效期到198

5年底，另外立法還規(guī)定電力公司必須得收購(gòu)風(fēng)電，并且價(jià)格應(yīng)是長(zhǎng)期穩(wěn)定的。這些政策吸引了大量的資金采購(gòu)風(fēng)電機(jī)組，使剛剛建立起來(lái)的丹麥風(fēng)電機(jī)組制造業(yè)獲得了大批量生產(chǎn)和改進(jìn)質(zhì)量的機(jī)會(huì)。到1986年這3個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的總裝機(jī)容量達(dá)到160萬(wàn)kW。2002年美國(guó)德州的風(fēng)電容量為118萬(wàn)kW。德州政府規(guī)定，到2009年可再生能源的發(fā)電容量至少應(yīng)達(dá)到200萬(wàn)kW，并擬訂了110.4萬(wàn)kW的風(fēng)電建設(shè)計(jì)劃。

印度是一個(gè)缺電的發(fā)展中國(guó)家，政府制定了許多鼓勵(lì)風(fēng)電的政策，如投資風(fēng)電的企業(yè)，可將風(fēng)電的電量?jī)?chǔ)蓄，在電網(wǎng)拉閘限電時(shí)，使有儲(chǔ)蓄的企業(yè)能夠得到優(yōu)先供電。

澳大利亞的發(fā)電能源主要依靠煤炭。政府為改善電能結(jié)構(gòu)，制定了一項(xiàng)強(qiáng)制性的可再生能源發(fā)電計(jì)劃，太陽(yáng)能——風(fēng)力電站將成為可再生能源利用的重要組成部分。

3我國(guó)風(fēng)力發(fā)電的開(kāi)發(fā)現(xiàn)況

我國(guó)擁有豐富的風(fēng)能資源，若采用10m高度的風(fēng)速測(cè)算，陸地風(fēng)能資源理論儲(chǔ)量為32.26億kW，可開(kāi)發(fā)的風(fēng)能資源儲(chǔ)量為2.53億kW。我國(guó)近海風(fēng)能資源約為陸地的3倍，由此可算出我國(guó)可開(kāi)發(fā)的風(fēng)能資源約為10億kW。

風(fēng)能資源富集區(qū)主要在西北、華北北部、東北及東南沿海地區(qū)。20世紀(jì)70年代末80年代初，我國(guó)通過(guò)自主開(kāi)發(fā)研制，額定容量低于10kW小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)，在解決居住分散的農(nóng)牧民和島嶼居民的用電方面有著重要意義。在國(guó)家有關(guān)部委的支持下，額定功率為200、250、300、600 kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已研制出來(lái)，并在全國(guó)11個(gè)省區(qū)建立了27個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，浙江、福建、廣東沿海及新疆、內(nèi)蒙古自治區(qū)都有較大功率的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)。東部沿海有豐富的風(fēng)能資源，距離電力負(fù)荷中心又近，海上風(fēng)電場(chǎng)將成為新興的能源基地。國(guó)家計(jì)委在20世紀(jì)90年代中期制定了“光明工程”和“乘風(fēng)計(jì)劃”, 1997年當(dāng)年裝機(jī)超過(guò)10萬(wàn)kW，到2001年底總裝機(jī)容量約40萬(wàn)kW。

我國(guó)風(fēng)電技術(shù)還處于發(fā)展初期，較歐美落后，關(guān)鍵原材料或零部件主要依靠進(jìn)口。風(fēng)電機(jī)組是風(fēng)電場(chǎng)的核心設(shè)備，主要依靠進(jìn)口機(jī)組，在風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)投資中是主要部分，占總投資的60%～80%。為鼓勵(lì)風(fēng)電的開(kāi)發(fā)，我國(guó)對(duì)300kW以上機(jī)組免征進(jìn)口稅。風(fēng)電隨著技術(shù)的發(fā)展和批量生產(chǎn)，成本會(huì)繼續(xù)下降。