第一篇：幾種典型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對比分析

幾種典型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對比分析

摘要：隨著環(huán)境和能源問題的日益嚴(yán)峻，可再生能源的開發(fā)，尤其是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已被越來越多的國家所重視，而對應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的逆變器和調(diào)制方法的研究尤為重要。重點(diǎn)闡述了我國的風(fēng)能資源情況和我國目前的發(fā)展?fàn)顩r，指出了存在的主要問題，分析了產(chǎn)生這些問題的原因，明確了我國風(fēng)力發(fā)電事業(yè)發(fā)展的主要措施和途徑，并進(jìn)一步闡述了風(fēng)力發(fā)電在未來的發(fā)展趨勢及風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢。引言

能源與環(huán)境問題已經(jīng)成為全球可持續(xù)發(fā)展面臨的主要問題，日益引起國際社會的廣泛關(guān)注，并尋求積極的對策。風(fēng)能是一種可再生、無污染的綠色能源，是取之不盡、用之不竭的，而且儲量十分豐富。據(jù)估計(jì)，全球可利用的風(fēng)能總量在53000TWh/年。風(fēng)能的大規(guī)模開發(fā)利用，將會有效減少化石能源的使用、減少溫室氣體排放、保護(hù)環(huán)境。大力發(fā)展風(fēng)能已經(jīng)成為各國政府的重要選擇。

在風(fēng)力發(fā)電中，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，要求風(fēng)電頻率和電網(wǎng)頻率保持一致，即風(fēng)電頻率保持恒定，因此，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分為恒速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)（CSCF系統(tǒng)）和變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)（VSCF系統(tǒng)）。恒速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)是指在風(fēng)力發(fā)電過程中保持發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變從而得到和電網(wǎng)頻率一致的恒頻電能。恒速恒頻系統(tǒng)（CSCF系統(tǒng)）一般來說比較簡單，所采用的發(fā)電機(jī)主要是同步發(fā)電機(jī)和鼠籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)，前者運(yùn)行于電機(jī)極數(shù)和頻率所決定的同步轉(zhuǎn)速，后者則以稍高于同步轉(zhuǎn)速的速度運(yùn)行。變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)（VSCF），是指在風(fēng)力發(fā)電過程中發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并以隨風(fēng)速變化而通過其它的控制方式來得到和電網(wǎng)

1恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)

目前，單機(jī)容量為600kW～750kW的風(fēng)電機(jī)組多采用恒速運(yùn)行方式，這種機(jī)組控制簡單，可靠性好，大多采用制造簡單，并網(wǎng)容易，勵(lì)磁功率可直接從電網(wǎng)中獲得的籠型異步發(fā)電機(jī)。恒速風(fēng)電機(jī)組主要有兩種類型：定槳距失速型和變槳距風(fēng)力機(jī)。定槳距失速型風(fēng)力機(jī)利用風(fēng)輪葉片翼型的氣動失速特性來限制葉片吸收過大的風(fēng)能，功率調(diào)節(jié)由風(fēng)輪葉片來完成，對發(fā)電機(jī)的控制要求比較簡單。這種風(fēng)力機(jī)的葉片結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成型工藝難度較大。而變槳距風(fēng)力機(jī)則是通過風(fēng)輪葉片的變槳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制風(fēng)力機(jī)的輸出功率。由于采用的是籠型異步發(fā)電機(jī)，無論是定槳距還是變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)，并網(wǎng)后發(fā)電機(jī)磁場旋轉(zhuǎn)速度由電網(wǎng)頻率所固定，異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速變化范圍很小，轉(zhuǎn)差率一般為3%~5%，屬于恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

1.1定槳距失速控制

定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要特點(diǎn)是槳葉與輪毅固定連接，當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，槳葉的迎風(fēng)角度固定不變。利用槳葉翼型本身的失速特性，在高于額定風(fēng)速下，氣流的功角增大到失速條件，使槳葉的表面產(chǎn)生紊流，效率降低，達(dá)到限制功率的目的。采用這種方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)簡單可靠，但為了產(chǎn)生失速效應(yīng)，導(dǎo)致葉片重，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)組的整體效率較低，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到一定值時(shí)必須停機(jī)。

1.2變距調(diào)節(jié)方式

在目前應(yīng)用較多的恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，一般情況要維持風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，這在風(fēng)速處于正常范圍之中時(shí)可以通過電氣控制而保證，而在風(fēng)速過大時(shí)，輸出功率繼續(xù)增大可能導(dǎo)致電氣系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)不能承受，因此需要限制輸出功率并保持輸出功率恒定。這時(shí)就要通過調(diào)節(jié)葉片的槳距，改變氣流對葉片攻角，從而改變風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獲得的空氣動力轉(zhuǎn)矩。由于變槳距調(diào)節(jié)型風(fēng)機(jī)在低風(fēng)速時(shí)，可使槳葉保持良好的攻角，比失速調(diào)節(jié)型風(fēng)機(jī)有更好的能量輸出，因此，比較適合于平均風(fēng)速較低的地區(qū)安裝。變槳距調(diào)節(jié)的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在風(fēng)速超速時(shí)可以逐步變化到無負(fù)載的全翼展模式位置，避免停機(jī)，增加風(fēng)機(jī)發(fā)電量。對變槳距調(diào)節(jié)的一個(gè)要求是其對陣風(fēng)的反應(yīng)靈敏性。

1.3主動失速調(diào)節(jié)

主動失速調(diào)節(jié)方式是前兩種功率調(diào)節(jié)方式的組合，吸取了被動失速和變槳距調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)中槳葉設(shè)計(jì)采用失速特性，調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用變槳距調(diào)節(jié)，從而優(yōu)化機(jī)組功率的輸出。系統(tǒng)遭受強(qiáng)風(fēng)達(dá)到額定功率后，槳葉節(jié)距主動向失速方向調(diào)節(jié)，將功率調(diào)整在額定值以下，限制機(jī)組最大功率輸出。

隨著風(fēng)速的不斷變化，槳葉僅需微調(diào)即可維持失速狀態(tài)。另外，調(diào)節(jié)槳葉還可實(shí)現(xiàn)氣動剎車。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是既有失速特性，又可變槳距調(diào)節(jié)，提高了機(jī)組的運(yùn)行效率，減弱了機(jī)械剎車對傳動系統(tǒng)的沖擊。系統(tǒng)控制容易，輸出功率平穩(wěn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功率相對較小。

1.4主要缺點(diǎn)

恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要缺點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：一是風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速不能隨風(fēng)速而變，從而降低了對風(fēng)能的利用率；二是當(dāng)風(fēng)速突變時(shí)，巨大的風(fēng)能變化將通過風(fēng)力機(jī)傳遞給主軸、齒輪箱和發(fā)電機(jī)等部件，在這些部件上產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力;三是并網(wǎng)時(shí)可能產(chǎn)生較大的電流沖擊。

目前的恒速機(jī)組，大部分使用異步發(fā)電機(jī)，在發(fā)出有功功率的同時(shí)，還需要消耗無功功率（通常是安裝電容器，以補(bǔ)償大部分消耗的無功功率）。而現(xiàn)代變速風(fēng)電機(jī)組卻能十分精確地控制功率因數(shù)，甚至向電網(wǎng)輸送無功功率，改善系統(tǒng)的功率因數(shù)。由于以上原因，變速風(fēng)電機(jī)組越來越受到風(fēng)電界的重視，特別是在進(jìn)一步發(fā)展的大型機(jī)組中將更為引人注目。

當(dāng)然，決定變速機(jī)組設(shè)計(jì)是否成功的一個(gè)關(guān)鍵是變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)及其控制裝置的設(shè)計(jì)。

2變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)

利用變速恒頻發(fā)電方式，風(fēng)力機(jī)就可以改恒繹技術(shù)交流速運(yùn)行為變速運(yùn)行，這樣就可能使風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速的變化而變化，使其保持在一個(gè)恒定的最佳葉尖速比，使風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)在額定風(fēng)速以下的整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)都處于最大值，從而可比恒速運(yùn)行獲取更多的能量。尤其是這種變速機(jī)組可適應(yīng)不同的風(fēng)速區(qū)，大大拓寬了風(fēng)力發(fā)電的地域范圍。即使風(fēng)速躍升時(shí)，所產(chǎn)生的風(fēng)能也部分被風(fēng)輪吸收，以動能的形式儲存于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)輪中，從而避免了主軸及傳動機(jī)構(gòu)承受過大的扭矩及應(yīng)力，在電力電子裝置的調(diào)控下，將高速風(fēng)輪所釋放的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽腿腚娋W(wǎng)，從而使能量傳輸機(jī)構(gòu)所受應(yīng)力比較平穩(wěn)，風(fēng)力機(jī)組運(yùn)行更加平穩(wěn)和安全。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)變速恒頻控制方案一般有4種：

（1）鼠籠式異步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；

（2）交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；

（3）無刷雙饋發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；

（4）永磁發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。2.1鼠籠式異步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

采用的發(fā)電機(jī)為鼠籠式轉(zhuǎn)子，其變速恒頻控制策略是在定子電路實(shí)現(xiàn)的。由于風(fēng)速是不斷變化的，導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)以及發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也是變化的，所以，實(shí)際上鼠籠式風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電是頻率變化的，即為變頻的，通過定子繞組與電網(wǎng)之間的變頻器把變頻的電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)頻率相同的恒頻電能。盡管實(shí)現(xiàn)了變速恒頻控制，具有變速恒頻的一系列優(yōu)點(diǎn)，但由于變頻器在定子側(cè)，變頻器的容量需要與發(fā)電機(jī)的容量相同，使得整個(gè)系統(tǒng)的成本、體積和重量顯著增加，尤其對于大容量的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

2.2雙饋式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

雙饋式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)常采用的發(fā)電機(jī)為轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)與繞線式異步電機(jī)類似。由于這種變速恒頻控制方案是在轉(zhuǎn)子電路實(shí)現(xiàn)的，流過轉(zhuǎn)子電路的功率是由交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍所決定的轉(zhuǎn)差功率，該轉(zhuǎn)差功率僅為定子額定功率的一小部分，所需的雙向變頻器的容量僅為發(fā)電機(jī)容量的一小部分，這樣該變頻器的成本以及控制難度大大降低。

這種采用交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)的控制方案除了可實(shí)現(xiàn)變速恒頻控制，減少變頻器的容量外，還可實(shí)現(xiàn)有功、無功功率的靈活控制，對電網(wǎng)而言可起到無功補(bǔ)償?shù)淖饔谩Ｈ秉c(diǎn)是交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)仍然有滑環(huán)和電刷。

目前已經(jīng)商用的有齒輪箱的變速恒頻系統(tǒng)，大部分采用繞線式異步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)，由于繞線式異步發(fā)電機(jī)有滑環(huán)和電刷，這種摩擦接觸式結(jié)構(gòu)在風(fēng)力發(fā)電惡劣的運(yùn)行環(huán)境中較易出現(xiàn)故障。而無刷雙饋電機(jī)定子有兩套級數(shù)不同繞組，轉(zhuǎn)子為籠型結(jié)構(gòu)，無須滑環(huán)和電機(jī)，可靠性高。這此優(yōu)點(diǎn)都使得無刷雙饋電機(jī)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。但在目前，這種電機(jī)在設(shè)計(jì)和制造上仍然存在著一些難題。

2.3直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

近幾年來，直接驅(qū)動技術(shù)在風(fēng)電領(lǐng)域得到了重視。這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用多極發(fā)電機(jī)與葉輪直接連接進(jìn)行驅(qū)動的方式，從而免去了齒輪箱這一傳統(tǒng)部件，由于其具有很多技術(shù)方而的優(yōu)點(diǎn)，特別是采用永磁發(fā)電機(jī)技術(shù)，其可靠性和效率更高，處于當(dāng)今國際上領(lǐng)先地位，在今后風(fēng)電機(jī)組發(fā)展中將有很大的發(fā)展空間。德國在2003年上半年所安裝的風(fēng)力機(jī)中，就有40.9%采用了無齒輪箱系統(tǒng)。直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)多采用永磁同步發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子為永磁式結(jié)構(gòu)，無需外部提供勵(lì)磁電源，提高了效率。其變速恒頻控制也是在定子電路實(shí)現(xiàn)的，把永磁發(fā)電機(jī)發(fā)出變頻的交流電通過變頻器轉(zhuǎn)變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻的交流電，因此，變頻器的容量與系統(tǒng)的額定容量相同。

采用永磁發(fā)電機(jī)可做到風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)的直接耦合，省去了齒輪箱，即為直接驅(qū)動式結(jié)構(gòu)，這樣可大大減少系統(tǒng)運(yùn)行噪聲，提高可靠性。盡管由于直接耦合，永磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速很低，使發(fā)電機(jī)體積很大，成本較高，但由于省去了價(jià)格更高的齒輪箱，所以，整個(gè)系統(tǒng)的成本還是降低了。另外，電勵(lì)磁式徑向磁場發(fā)電機(jī)也可視為一種直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的選擇方案，在大功率發(fā)電機(jī)組中，它的直徑大而軸向長度小。為了能放置勵(lì)磁繞組和極靴，極距必須足夠大，它的輸出交流電頻率通常低于50Hz，必須配備整流逆變器。

直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率高、極距小，況且永磁材料的性價(jià)比正得到不斷提升，應(yīng)用前景十分廣闊。

2.4混合式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不僅需要低速、大轉(zhuǎn)矩電機(jī)而且需要全功率變流器，為了降低電機(jī)設(shè)計(jì)難度，帶有低變速比齒輪箱的混合型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)得到實(shí)際應(yīng)用。這種系統(tǒng)可以看成全直驅(qū)傳動系統(tǒng)和傳統(tǒng)解決方案的一個(gè)折中。發(fā)電機(jī)是多極的，和直驅(qū)設(shè)計(jì)本質(zhì)上一樣的，但它更緊湊，相對來說具有更高的速度和更小的轉(zhuǎn)矩。

2.5其它

開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)和無刷爪極自勵(lì)發(fā)電機(jī)也可以用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。其中，開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)為雙凸極電機(jī)，定子、轉(zhuǎn)子均為凸極齒槽結(jié)構(gòu)，定子上設(shè)有集中繞組，轉(zhuǎn)子上既無繞組也無永磁體，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固，可靠性高。無刷爪極自勵(lì)發(fā)電機(jī)與一般同步電機(jī)的區(qū)別僅在于它的勵(lì)磁系統(tǒng)部分。其定子鐵心及電樞繞組與一般同步電機(jī)基本相同。由于爪極發(fā)電機(jī)的磁路系統(tǒng)是一種并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)，所有各對極的磁勢均來自一套共同的勵(lì)磁繞組，因此與一般同步發(fā)電機(jī)相比，勵(lì)磁繞組所用的材料較省，所需的勵(lì)磁功率也較小。幾種變速恒頻控制方案的比較分析如表1所列。

3離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

通常，離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量較小，均屬小型發(fā)電機(jī)組。可按照發(fā)電容量的大小進(jìn)行分類，其大小從幾百W至幾十kW不等。自上世紀(jì)80年代初開始，中國的小型風(fēng)力機(jī)制造產(chǎn)業(yè)，在政府的支持下，尤其是內(nèi)蒙古自治區(qū)政府的大力扶植，得到了引人矚目的發(fā)展，十幾萬臺小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的生產(chǎn)和推廣應(yīng)用，為遠(yuǎn)離電網(wǎng)的農(nóng)牧民解決基本的生活用電，尤其是照明和收聽電臺廣播，作出了不開磨滅的貢獻(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在上世紀(jì)80年代初期，國內(nèi)有近百家小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造企業(yè)。隨著改革開放的不斷深化以及社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這些小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造企業(yè)經(jīng)過內(nèi)部的調(diào)整和外部的整合，根據(jù)中國農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會小型電源專委會的統(tǒng)計(jì)，到目前為止，全國有23家小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，2005年共生產(chǎn)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)32433臺，裝機(jī)容量為12020kW，產(chǎn)值8472萬元，利稅為993萬元。國內(nèi)生產(chǎn)的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，單機(jī)容量從60W到30kW不等。

小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)按照發(fā)電類型的不同進(jìn)行分類，可分為直流發(fā)電機(jī)型、交流發(fā)電機(jī)型。較早時(shí)期的小容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般采用小型直流發(fā)電機(jī)，在結(jié)構(gòu)上有永磁式及電勵(lì)磁式兩種類型。永磁式直流發(fā)電機(jī)利用永磁鐵提供發(fā)電及所需的勵(lì)磁磁通；電勵(lì)磁式直流發(fā)電機(jī)則是借助在勵(lì)磁線圈內(nèi)流過的電流產(chǎn)生磁通來提供發(fā)電及所需要的勵(lì)磁磁通。由于勵(lì)磁繞組與電樞繞組連接方式的不同，又可分為他勵(lì)與并勵(lì)（或自勵(lì)）兩種形式。隨著小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)展，發(fā)電機(jī)類型逐漸由直流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣靼l(fā)電機(jī)。主要包括永磁發(fā)電機(jī)、硅整流自勵(lì)交流發(fā)電機(jī)及電容自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)。其中，永磁發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子無勵(lì)磁繞組，不存在勵(lì)磁繞組損耗，效率高于同容量的勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)；轉(zhuǎn)子沒有滑環(huán)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)更安全可靠；電機(jī)重量輕，體積小，工藝簡便，因此在離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中被廣泛應(yīng)用，但其缺點(diǎn)是電壓調(diào)節(jié)性能差。硅整流自勵(lì)交流發(fā)電機(jī)是通過與滑環(huán)接觸的電刷與硅整流器的直流輸出端相連，從而獲得直流勵(lì)磁電流。

但是由于風(fēng)力的隨機(jī)波動會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，從而引起發(fā)電機(jī)出口電壓的波動，這將導(dǎo)致硅整流器輸出直流電壓及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的變化，并造成勵(lì)磁磁場的變化，這樣又會造成發(fā)電機(jī)出口電壓的波動。因此，為抑制這種連鎖的電壓波動，穩(wěn)定輸出，保護(hù)用電設(shè)備及蓄電池，該類型的發(fā)電機(jī)需要配備相應(yīng)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。電容自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)是根據(jù)異步發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)供給的勵(lì)磁電流對異步感應(yīng)電機(jī)的感應(yīng)電動勢而言是容性電流的特性而設(shè)計(jì)的。即在風(fēng)力驅(qū)動的異步發(fā)電機(jī)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，未得到此容性電流，須在發(fā)電機(jī)輸出端并接電容，從而產(chǎn)生磁場建立電壓。為維持發(fā)電機(jī)端電壓，必須根據(jù)負(fù)載及風(fēng)速的變化調(diào)整并接電容的數(shù)值。我國的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)業(yè)總體是在向好的方向展，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其于太陽能的互補(bǔ)系統(tǒng)在解決邊遠(yuǎn)地區(qū)無電問題上作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。它的功率比同類太陽能系統(tǒng)來得大，能為更多的負(fù)載提供電力，甚至小型生產(chǎn)性負(fù)載，它的價(jià)位更易為廣大農(nóng)牧民所接受，如果政府采用小風(fēng)電或風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)來解決農(nóng)村無電問題，則政府得投入將比相同功率的太陽能系統(tǒng)少得多。但是，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其行業(yè)在發(fā)展中也同樣面臨著困難和挑戰(zhàn)。這些困難和挑戰(zhàn)，既來自產(chǎn)業(yè)的內(nèi)部，也來自產(chǎn)業(yè)的外部環(huán)境。

4發(fā)展趨勢

隨著各國政策的傾斜和科技的不斷進(jìn)步，世界風(fēng)力發(fā)電發(fā)展迅速，表現(xiàn)出了廣闊的前景。未來數(shù)年世界風(fēng)力發(fā)展的趨勢可表現(xiàn)為：

4.1風(fēng)力發(fā)電從陸地向海面拓展

海面的廣闊空間和巨大的風(fēng)能潛力使得風(fēng)機(jī)從陸地移向海面成為一種趨勢。目前只有少數(shù)國家建立了海上風(fēng)電場，但預(yù)計(jì)今后幾年，歐洲的海上風(fēng)力發(fā)電將會大規(guī)模的起飛。

4.2新方案和新技術(shù)將不斷被采用

在功率調(diào)節(jié)方式上，變速恒頻技術(shù)和變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)將得到更多的應(yīng)用；在發(fā)電機(jī)類型上，控制靈活的無刷雙饋型感應(yīng)發(fā)電機(jī)和設(shè)計(jì)簡單的永磁發(fā)電機(jī)將成為風(fēng)力發(fā)電的新寵；在勵(lì)磁電源上，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，新型變換器不斷出現(xiàn)，變換器性能得到不斷地改善；在控制技術(shù)上，計(jì)算機(jī)分布式控制技術(shù)和新的控制理論將進(jìn)一步得到應(yīng)用；在驅(qū)動方式上，免齒輪箱的直接驅(qū)動技術(shù)將更加吸引人們的注意。在技術(shù)上，經(jīng)過不斷發(fā)展，世界風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的逐漸形成了水平軸、三葉片、上風(fēng)向、管式塔的統(tǒng)一形式。進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著電力電子技術(shù)、微機(jī)控制技術(shù)和材料技術(shù)的不斷發(fā)展，世界風(fēng)力發(fā)電技術(shù)得到了飛速發(fā)展，主要體現(xiàn)在：

（1）單機(jī)容量不斷上升國單機(jī)容量為SMW的風(fēng)機(jī)己經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)行階段；

（2）變槳距功率調(diào)節(jié)方式迅速取代定槳距功率調(diào)節(jié)方式國采用變槳距調(diào)節(jié)方式避免了定槳距調(diào)節(jié)方式中超過額定風(fēng)速發(fā)電功率將下降的缺點(diǎn)；

（3）變速恒頻方式迅速取代恒速恒頻方式國變速恒頻方式可通過調(diào)節(jié)機(jī)組轉(zhuǎn)速追蹤最大風(fēng)能，提高了風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行效率；

（4）無齒輪箱系統(tǒng)的直驅(qū)方式增多國去掉齒輪箱雖然提高了發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)和制造成本，但有效地提高了發(fā)電系統(tǒng)的效率和可靠性。

4.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將更加個(gè)性化

適合特定市場和風(fēng)況的風(fēng)力機(jī)將被更多地推出，目前，德國的Repower公司己經(jīng)推出了這方面的產(chǎn)品。

4.4從事風(fēng)力發(fā)電的隊(duì)伍將近一步增大

隨著對風(fēng)力發(fā)電誘人前景的深入認(rèn)識和更多優(yōu)惠政策的出臺，更多的新成員將加入風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)。

5結(jié)語

變槳距風(fēng)力機(jī)的起動風(fēng)速較定槳距風(fēng)力機(jī)低，停機(jī)時(shí)傳動機(jī)械的沖擊應(yīng)力相對緩和。風(fēng)機(jī)正常工作時(shí)主要采用功率控制，對功率調(diào)節(jié)的速度取決于風(fēng)機(jī)槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靈敏度。在實(shí)際應(yīng)用中，隨著并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量的增大，大型風(fēng)力機(jī)的單個(gè)葉片己重達(dá)數(shù)噸，操縱如此巨大的慣性體，并且響應(yīng)速度要能跟得上風(fēng)速變化是相當(dāng)困難的。事實(shí)上，如果沒有其他措施的話，只是通過變槳距來調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率對高頻風(fēng)速的變化仍然是無能為力的。因此，變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，除了對槳葉進(jìn)行節(jié)距進(jìn)行控制外，還須通過控制發(fā)電機(jī)輸出功率來調(diào)節(jié)整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速，使之在一定范圍內(nèi)能夠快速響應(yīng)風(fēng)速的變化，使風(fēng)力機(jī)的葉尖速比達(dá)到最佳，以捕獲最大的風(fēng)能。這就是近年來所發(fā)展的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。

比較來看，定槳距失速控制風(fēng)_t嚙[Z險(xiǎn)C納力機(jī)機(jī)構(gòu)簡單，造價(jià)低，并具有較高的安全系數(shù)，利于市場競爭。但失速型葉片本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成型工藝難度也較大。隨著功率增大，葉片加長，所承受的氣動推力增大，葉片的失速動態(tài)特性不易控制，使制造更大機(jī)組受到限制。變槳距型風(fēng)力機(jī)能使葉片的節(jié)距角隨風(fēng)速而變化，從而使風(fēng)力機(jī)在各種工況下（起動、正常運(yùn)轉(zhuǎn)、停機(jī)）按最佳參數(shù)運(yùn)行。可使發(fā)電機(jī)在額定風(fēng)速以下的工作區(qū)段有較大的功率輸出，而在額定風(fēng)速以上的高風(fēng)速區(qū)段不超載，無需過大容量的發(fā)電機(jī)等。當(dāng)然，它的缺點(diǎn)是需要有一套比較復(fù)雜的變距調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在這兩種功率調(diào)節(jié)方案都在大、中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中得到了廣泛應(yīng)用。

目前中國風(fēng)電發(fā)展面臨兩個(gè)突出的問題，一是風(fēng)電發(fā)展規(guī)模迅速擴(kuò)大，形成巨大的市場空間；二是國產(chǎn)機(jī)組缺乏競爭力，進(jìn)口機(jī)組以壓倒的優(yōu)勢占領(lǐng)了中國風(fēng)電裝機(jī)的主要份額。因此，大型風(fēng)電機(jī)組的國產(chǎn)化是推動我國風(fēng)電持續(xù)發(fā)展的根本途徑。

第二篇：風(fēng)力發(fā)電考試

1.電力系統(tǒng)：用于生產(chǎn)，傳輸，交換，分配，消耗電能的系統(tǒng)：

一次部分：用于能量生產(chǎn)，傳輸，交換，分配，消耗的部分

二次部分：對一次部分進(jìn)行檢測，監(jiān)視，控制和保護(hù)的部分

2.風(fēng)電場和常規(guī)電廠的區(qū)別：單機(jī)容量小；電能生產(chǎn)比較分散，發(fā)電機(jī)數(shù)目多；輸出的電壓等級低；類型多樣化；功率輸出特性復(fù)雜；并網(wǎng)需要電力電子換流設(shè)備

3.風(fēng)電廠電氣一次系統(tǒng)組成：風(fēng)電機(jī)組；集電系統(tǒng)；升壓站；廠用電系統(tǒng)。

4．變壓器銅損：銅導(dǎo)線存在著電阻，電流流過消耗一定功率，變?yōu)闊崃?/p>

變壓器鐵損：鐵心中的磁滯損耗和渦流損耗

5.常用的開關(guān)電器：斷路器（切斷電路），隔離開關(guān)（在電氣設(shè)備和熔斷器間形成明顯的電壓斷開點(diǎn)，運(yùn)行方式改變時(shí)倒閘操作），熔斷絲（有故障電流時(shí)斷開電路），接觸器（電路正常開合閘，無法斷開故障電路）。

6.集膚效應(yīng)：靠近導(dǎo)體表面處的電流密度大于導(dǎo)體內(nèi)部電流密度的現(xiàn)象。隨電流頻率升高，集膚效應(yīng)使導(dǎo)體的電阻增大，電感減小！

7.電流互感器：串接一次系統(tǒng)，將大電流變?yōu)樾‰娏?/p>

二次開路后果：出現(xiàn)的高壓電危機(jī)人身及設(shè)備安全；鐵心中產(chǎn)生大量剩磁；長時(shí)間作用鐵心過熱

8.電壓互感器作用:并接一次系統(tǒng)，將高電壓變成低電壓

二次側(cè)短路：引起很大短路電流，造成互感器燒毀

9.電氣設(shè)備選擇的技術(shù)條件：按照正常工作狀態(tài)選擇；按照短路狀態(tài)校驗(yàn)；電氣選擇的環(huán)境因素；環(huán)境保護(hù)

10.電流繼電器和電壓繼電器有何作用？他們?nèi)绾谓尤腚姎庖淮蜗到y(tǒng)?

電流繼電器反應(yīng)一次回路中的電流越限，用于二次系統(tǒng)的保護(hù)回路，用以啟動時(shí)間繼電器的動作或直接觸發(fā)斷路器分閘。

電流繼電器用于繼電保護(hù)裝置中的過電壓保護(hù)或欠電壓閉鎖

11.配電裝置的最小凈距：無論在正常最高工作電壓或出現(xiàn)內(nèi)，外部過電壓時(shí)，都不至使空氣間隙被擊穿。

12.A,B,C,D,E類安全凈距的具體含義

A1：帶電部分至接地部分之間的最小安全凈距

A2：不同相的帶電導(dǎo)體之間

B1：帶電部分至柵狀遮欄間的距離和可移動設(shè)備在移動中至帶電裸導(dǎo)體間的距離 B2：帶電部分至網(wǎng)狀遮欄

C：無遮攔裸導(dǎo)體至地面

D：停電檢修的平行無遮欄

E：屋內(nèi)配電裝置通向屋外的出線套管中心線

12.雷電類型：直擊雷；感應(yīng)雷；球星雷。

13.雷電防護(hù)：避雷針，避雷線，避雷器，避雷帶和避雷網(wǎng)，接地裝置

14.風(fēng)電場防雷性能衡量標(biāo)準(zhǔn)：耐雷水平，雷擊跳閘率

15.變流系統(tǒng)的功能，電力變換，控制功率，控制轉(zhuǎn)矩，調(diào)節(jié)功率因素

第三篇：風(fēng)力發(fā)電報(bào)告

國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電技術(shù) 的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

風(fēng)能是一種可再生的清潔能源。近30年來，國際上在風(fēng)能的利用方面，無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%。中國成為亞洲風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要推動者之一，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)是最常見的自然現(xiàn)象之一，是太陽對地球表面不均衡加熱而引起的“空氣流動”，流動空氣具有的動能稱之為風(fēng)能。因此，風(fēng)能是一種廣義的太陽能。據(jù)世界氣象組織（WMO）和中國氣象局氣象科學(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，開發(fā)利用風(fēng)能對世界各國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，將對國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進(jìn)行論述。風(fēng)力發(fā)電基本知識

2.1 風(fēng)能的計(jì)算公式

空氣運(yùn)動具有動能。風(fēng)能是指風(fēng)所具有的動能。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：單位時(shí)間質(zhì)量流量m=ρAV

（2）

在實(shí)際中，式中：

PW—每秒空氣流過風(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，也就是說沒有輪轂，而葉片數(shù)是無窮多，并且對通過風(fēng)輪的氣流沒有阻力。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，氣流速度的方向無論在風(fēng)輪前后還是通過時(shí)都是沿著風(fēng)輪軸線的。

通過分析一個(gè)放置在移動空氣中的“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)式除以氣流通過掃掠面A時(shí)風(fēng)所具有的動能，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

通過溫度計(jì)和氣壓計(jì)測試出實(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Γ琍a； 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的動能轉(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的風(fēng)，因此不需要調(diào)向機(jī)構(gòu)。對于水平軸風(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)常對準(zhǔn)風(fēng)向，需要對風(fēng)裝置。常用的調(diào)向機(jī)構(gòu)主要有尾舵、舵輪、電動對風(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，需要對風(fēng)輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。（6）貯能裝置

貯能裝置對獨(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：氣動機(jī)械部分和電氣部分。氣動機(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，又研制成功了直驅(qū)式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（無增速齒輪箱）。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、波斯等國已出現(xiàn)帆船和風(fēng)磨，中世紀(jì)荷蘭與美國已有用于排灌的水平軸風(fēng)車。我國是世界上最早利用風(fēng)能的國家之一，早在距今1800年前，我國就有風(fēng)力提水的記載。1890年丹麥的P·拉庫爾研制成功了風(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，一些國家對風(fēng)能資源的開發(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，國際上風(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，由11臺丹麥Bonus 450kW單機(jī)組成，總裝機(jī)4.95MW。隨后荷蘭、瑞典、英國相繼建成了自己的海上風(fēng)電場。

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），美國的GE風(fēng)能，德國的Nordex、Repower、Pfleiderer/Prokon、Bonus和德國著名的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)國家陸地和近海并網(wǎng)運(yùn)行，風(fēng)電增長率比其它電源增長率高的趨勢仍然繼續(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，增長率為24%；風(fēng)力發(fā)電量占全球電量的1%，部分國家及地區(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)國家見表2，前十名合計(jì)51750.9MW，約占世界總裝機(jī)容量的87.7%。

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

2002年歐洲風(fēng)能協(xié)會（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，而是從世界風(fēng)能資源、世界電力需求的增長和電網(wǎng)容量、風(fēng)電市場發(fā)展趨勢和潛在的增長率、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2020年風(fēng)電裝機(jī)有可能達(dá)到1.7億千瓦[6]、[7]。

國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀

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

0.618億kW 西藏

實(shí)際可開發(fā)量

0.408億kW 新疆

實(shí)際可開發(fā)量

0.343億kW 青海

實(shí)際可開發(fā)量

0.242億kW 黑龍江

實(shí)際可開發(fā)量

0.172億kW

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

截至2005年底，中國除臺灣省外累計(jì)風(fēng)電機(jī)組1864臺，裝機(jī)容量126.6萬kW，風(fēng)電場62個(gè)。分布在15個(gè)省（市、自治區(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kW相比，2005年累計(jì)裝機(jī)增長率為65.6%。2005年風(fēng)電上網(wǎng)電量約15.3億kW.h[9]。

中國“十一五”國家科技支撐計(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]。“十一五”末，我國風(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得到長足的發(fā)展，從事小型風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的開發(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，比上年增長34.4%，其中200W、300W、500W機(jī)組共生產(chǎn)24,123臺，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，比上年增長40.7%，創(chuàng)匯282.7萬美元，主要出口到菲律賓、越南等24個(gè)國家和地區(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

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，相繼還會有多種配套措施及稅收優(yōu)惠扶植政策出臺，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)目前我國尚有2.8萬個(gè)村、700萬戶、2,800萬人口沒有用上電，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700萬無電用戶中、300萬戶可用微水電解決用電，而400萬戶可以用小型風(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，已獲得中國實(shí)用新型專利（專利號：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、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。現(xiàn)已研制開發(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)電商品競爭力，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)，國際上風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)將是增長速度最快的產(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，并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量增長速度將明顯加快，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。現(xiàn)任中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會理事、中國太陽能學(xué)會理事、《太陽能學(xué)報(bào)》編委、全國“百千萬人才工程”第一、二層次人選。享受國務(wù)院政府特殊津貼。省級中青年突貢專家。省級優(yōu)秀留學(xué)回國人員。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)，已獲得中國實(shí)用新型專利1項(xiàng)。正申請國家發(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)國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目、3項(xiàng)國際合作項(xiàng)目、1項(xiàng)國家“十一五”科技攻關(guān)項(xiàng)目、9項(xiàng)省部級項(xiàng)目、3項(xiàng)橫向項(xiàng)目。現(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:上海科學(xué)技術(shù)出版社,1990:1~11,48~51 [5]世界風(fēng)能協(xié)會.2005年全球風(fēng)能統(tǒng)計(jì)[J].中國風(fēng)能，2006（1）：17~20

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第四篇：風(fēng)力發(fā)電簡介（定稿）

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風(fēng)力發(fā)電簡介

風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。其蘊(yùn)量巨大，全球的風(fēng)能約為2.74×109MW，其中可利用的風(fēng)能為2×107MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。風(fēng)很早就被人們利用--主要是通過風(fēng)車來抽水、磨面等，而現(xiàn)在，人們感興趣的是如何利用風(fēng)來發(fā)電。

風(fēng)是一種潛力很大的新能源，人們也許還記得，十八世紀(jì)初，橫掃英法兩國的一次狂風(fēng)力發(fā)電圖暴大風(fēng)，吹毀了四百座風(fēng)力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多條帆船，并有數(shù)千人受到傷害，二十五萬株大樹連根拔起。僅就拔樹一事而論，風(fēng)[1]在數(shù)秒鐘內(nèi)就發(fā)出了一千萬馬力(即750萬千瓦;一馬力等于0.75千瓦)的功率!有人估計(jì)過，地球上可用來發(fā)電的風(fēng)力資源約有100億千瓦，幾乎是現(xiàn)在全世界水力發(fā)電量的10倍。目前全世界每年燃燒煤所獲得的能量，只有風(fēng)力在一年內(nèi)所提供能量的三分之一。因此，國內(nèi)外都很重視利用風(fēng)力來發(fā)電，開發(fā)新能源。

利用風(fēng)力發(fā)電的嘗試，早在本世紀(jì)初就已經(jīng)開始了。三十年代，丹麥、瑞典、蘇聯(lián)和美國應(yīng)用航空工業(yè)的旋翼技術(shù)，成功地研制了一些小型風(fēng)力發(fā)電裝置。這種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，廣泛在多風(fēng)的海島和偏僻的鄉(xiāng)村使用，它所獲得的電力成本比小型內(nèi)燃機(jī)的發(fā)電成本低得多。不過，當(dāng)時(shí)的發(fā)電量較低，大都在5千瓦以下。

目前，據(jù)了解，國外已生產(chǎn)出15，40，45，100，225千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)了。1978年1月，美國在新墨西哥州的克萊頓鎮(zhèn)建成的200千瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其葉片直徑為38米，發(fā)電量足夠60戶居民用電。而1978年初夏，在丹麥日德蘭半島西海岸投入運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電裝置，其發(fā)電量則達(dá)2000千瓦，風(fēng)車高57米，所發(fā)電量的75%送入電網(wǎng)，其余供給附近的一所學(xué)校用。

1979年上半年，美國在北卡羅來納州的藍(lán)嶺山，又建成了一座世界上最大的發(fā)電用的風(fēng)車。這個(gè)風(fēng)車有十層樓高，風(fēng)車鋼葉片的直徑60米;葉片安裝在一個(gè)塔型建筑物上，因此風(fēng)車可自由轉(zhuǎn)動并從任何一個(gè)方向獲得電力;風(fēng)力時(shí)速在38公里以上時(shí)，發(fā)電能力也可達(dá)2000千瓦。由于這個(gè)丘陵地區(qū)的平均風(fēng)力時(shí)速只有29公里，因此風(fēng)車不能全部運(yùn)動。據(jù)估計(jì)，即使全年只有一半時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，它就能夠滿足北卡羅來納州七個(gè)縣1%到2%的用電需要。

風(fēng)力發(fā)電如何利用風(fēng)力來發(fā)電資料參考：

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)、自動控制及通信技術(shù)等方面的最新成果，開創(chuàng)了風(fēng)能利用的新時(shí)期。

德國、美國、丹麥等國開發(fā)建立了評估風(fēng)力資源的測量及計(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)，開發(fā)了由微機(jī)控制的單臺和多臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成的機(jī)群的自動控制技術(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的海底電纜。

2.2風(fēng)電裝機(jī)容量

德國的風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)610.7萬kW，占德國發(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kW，居世界第2位。美國風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)261萬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kW。印度風(fēng)電增長很快，到2000年累積裝機(jī)容量已達(dá)到122萬kW。日本的風(fēng)電裝機(jī)容量46萬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臺風(fēng)電設(shè)備。

2.3各國的風(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)，成本將會繼續(xù)下降(見表1)。許多國家建立了眾多的中型和大型風(fēng)力發(fā)電場，并形成了一整套有關(guān)風(fēng)力發(fā)電場的規(guī)劃方法、運(yùn)行管理和維護(hù)方式、投融資方式、國家扶持的優(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)來源：丹麥BTM咨詢公司

歐洲發(fā)展風(fēng)電的動力主要來自于改善環(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、丹麥、西班牙等國都制定了比較高的風(fēng)電收購電價(jià)，保持了穩(wěn)定高速的增長，1996年以后年增長率超過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，而是對購買風(fēng)電機(jī)組的用戶提供補(bǔ)貼。英國的《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%。

美國政府為鼓勵(lì)開發(fā)可再生能源，在20世紀(jì)80年代初出臺了一系列優(yōu)惠政策。聯(lián)邦政府和加利福尼亞州政府對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風(fēng)電，并且價(jià)格應(yīng)是長期穩(wěn)定的。這些政策吸引了大量的資金采購風(fēng)電機(jī)組，使剛剛建立起來的丹麥風(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。到1986年這3個(gè)風(fēng)電場的總裝機(jī)容量達(dá)到160萬kW。2002年美國德州的風(fēng)電容量為118萬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kW，并擬訂了110.4萬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)電的電量儲蓄，在電網(wǎng)拉閘限電時(shí)，使有儲蓄的企業(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我國風(fēng)力發(fā)電的開發(fā)現(xiàn)況

我國擁有豐富的風(fēng)能資源，若采用10m高度的風(fēng)速測算，陸地風(fēng)能資源理論儲量為32.26億kW，可開發(fā)的風(fēng)能資源儲量為2.53億kW。我國近海風(fēng)能資源約為陸地的3倍，由此可算出我國可開發(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，我國通過自主開發(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，并在全國11個(gè)省區(qū)建立了27個(gè)風(fēng)電場，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。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)電場將成為新興的能源基地。國家計(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10萬kW，到2001年底總裝機(jī)容量約40萬kW。

我國風(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)電場的核心設(shè)備，主要依靠進(jìn)口機(jī)組，在風(fēng)電場的建設(shè)投資中是主要部分，占總投資的60%～80%。為鼓勵(lì)風(fēng)電的開發(fā)，我國對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)，成本會繼續(xù)下降。