风力发电知识范文

第一篇：风力发电知识范文

风力发电现状及复合材料在风力发电上的应用

班级：材料工程111 学号：205110137 姓名：张宇

摘要：本文对中国风能现状及资源分布，近年来中国风力产业的发展状况以及复合材料在风电叶片上的应用进行论述。

关键词：风力发电;发展状况;复合材料;风电叶片

Abstract:This review concerns about the stituation and resource distribution of windy energy in China,the development status of chinese wind power-generation enterprises and the application of composites in wind power-generation.

Key words:Wind power-generation;Development status;Composites;Wind turbine blade 引言

社会经济的持续发展导致能源消耗不断增加，我们正面临日益严峻的能源形势。全球范围的石油、天然气能源逐渐枯竭，环境恶化等因素迫使我们寻找更加清洁、可持续发展的新能源，风力发电应运而生。中国风能资源非常丰富，主要集中在三北地区及东部沿海风能丰富带。

风力发电产业市场巨大，竞争激烈。据估计，2006到2010年之间，我国风电叶片的需求量大约在7000多片，2011到2020年的需求量则将达到惊人的50000片。巨大的市场前景使得目前风机行业的竞争空前激烈。整机方面，目前国际市场格局已初步成型。2005年全球超过75%的市场份额被丹麦Vestas、西班牙Gamesa、德国Enercon和美国GE WIND四家企业占据，新进入企业的生存空间不大;国内的整机生产企业中，新疆金风、浙江运达、大连重工集团、东方汽轮机厂等几家的市场前景被业界看好，这其中又以新疆金风科技在国内品牌中的市场份额最大。叶片市场的情况与整机基本类似，单是丹麦LM Glasfiber公司一家就占据了国际市场40%以上的份额，其产品被GE WIND、西门子、Repower、Nordex等公司全部或部分采用;另外Vestas和Enercon公司也拥有各自的叶片生产部门。国内的叶片生产企业主要有中航保定惠腾、连云港中复连众复合材料集团等。

风电叶片作为风力发电机组系统最关键、最核心的部件之一.叶片的设计及其采用的材料决定着风力发电机组的性能和功率，也决定着其电力成本及价格。复合材料在风力发电上的应用，实际上主要是在风电叶片上的应用。风电叶片占风力发电整个系统成本的20%到30%。制造叶片的材料工艺对其成本有决定性影响，因此材料的选择、制备工艺的优化对风电叶片十分重要。

1.中国风能资源及其分布

1.1中国风能资源

据有关研究成果预测，我国风能仅次于俄罗斯和美国，居世界第三位，理论储32260GW，陆地上离地10m高可开发和利用的风能储量约为2.53亿kw(依据陆地上离地10m高度资料计算)，近海(水深不超过10米)区域，离海面10米高度层可开发和利用的风能储量约为7.5亿kW，共计10亿kW，风能资源非常丰富。

1.2中国风能资源分布

风能资源丰富的地区主要分布在东南沿海及附近岛屿以及“三北”(东北、华北、西北)地区。另外，内陆也有个别风能丰富点，海上风能资源也非常丰富。“三北”地区包括东北3省、河北、内蒙古、甘肃、青海、西藏和新疆等省自治区近200km宽的地带，风功率密度在200~300W/m2以上，有的可达500W/m2以上，可开发利用的风能储量约2亿kW，约占全国陆地可利用储量的79%。该地区风电场地形平坦，交通方便，没有破坏性风速，是我国连成一片的最大风能资源区，有利于大规模的开发风电场。包括山东，广西和海南等省市沿海近10km宽的地带，年有效风功率密度在200W/m2以上，沿海岛屿风功率密度在500W/m2以上，风功率密度线平行于海岸线，可开发利用储量为0.11亿kW，约占全国陆地可利用储量的4%。东南沿海及其岛屿是我国风能最佳丰富区。我国有海岸线1800km，岛屿6000多个，大有风能开发利用的前景。

2.近年来中国风电产业发展

2.1产业发展现状

2000至2009年10年间，中国风能产业飞速发展，风能累计装机的容量平均的怎张速度高达72.8%。从2005年起，总装机容量的增长速度超过了100%。截止到2009年12月31日，中国(不含台湾省)风电累计装机超过1000MW的省份超过9个，其中超过2000MW的省份4个，分别为内蒙古(9196.2MW)河北(2788.1 MW)辽宁(2425.3MW)吉林(2063.9MW)内蒙古2009年当年新增装机5545MW，累计装机9196.2MW，实现150%的大幅度增长。

从风电零部件制造方面来看，据统计，2004年中国仅有6家风力涡轮机制造商，2009年这一数字已提高到80家以上。已开始生产的内资叶片企业52家，轴承企业16家，齿轮箱企业10家，变流器企业12家，塔筒生产企业则有近100家。其中，叶片制造企业中复连众、中材科技年供货已超过500套，中航惠腾年供货超过2000套;轴承制造企业洛轴、瓦轴、天马等已具备批量主轴轴承生产供应能力齿轮箱制造企业中南高齿年产超过3000台，大重减速机超过2000台、重齿超过1000台;

从风电整机制造方面来看，2009年，华锐风电、金风科技和四川东汽继续保持市场前“三甲“的位置，华锐新增装机34.5万kW，金风新增装机272.2万kW，东汽新增装机203.5万kW。联合动力以装机容量768MW，占中国新增市场5.6%的优势，排名全国第四。随着国产整机产能释放及零部件配套能力增强，产业链瓶颈将消除，产业发展迅速;风电设备市场呈现寡头垄断格局，避免了市场无序竞争，有利于领头企业做大做强。2009年我国新增风电装机及累计装机排名前10名制造企业市场份额。内资变流器制造企业供应能力增强，质量获得客户认可。可见，国内风电零部件产业发展的繁荣景象。

2.2国家的优惠政策

中国颁布的政策主要从两个方面扶持风电行业，一方面是通过财政补贴、电网全额收购、确定风电并网价格，以保证风力发电项目合理盈利，从经纪商进行促进;另一方面是在国内市场启动的同时，扶持风机制造业发展，为中长期的风电产业发展奠定基础。归纳为一下四大点：

(1) 风电全额上网

2006年1月1日开始实施《可再生能源法》。该法要求电网企业为可再生能源电力上网提供方便，并全额收购符合标准的可再生能源电量，以使可再生能源电力企业得以生存，并逐步提高其能源市场的竞争力。

(2) 财税扶持

考虑到现阶段可再生能源开发利用的投资成本比较高，《可再生能源法》还分别就设立可再生能源发展专项资金为加快技术开发和市场形成提供援助，为可再生能源开发利用项目提供有财政贴息优惠的贷款，对列入可再生能源产业发展指导目标的项目提供税收优惠等扶持措施作了规定。

(4) 上网电价

当前风电定价采用特许权招标方式，导致一些企业以不合理的低价进行投标。风电特许权招标先后作出了三次修改，总的看来，电价在招标中的比重有所减少;技术、国产化率等指标有所加强;风电政策已由过去的注重发电专项了注重扶持中国企业风电设备制造。目前，有关部门正在抓紧研究风电电价调整的具体办法，调整的原则将有利于可再生能源的开发，特许权招标的定价方式有可能改变，2008年1月第五期风电特许权招标采取中间价方式，就是一个最新的尝试和探索，避免了恶性低价的竞争局面，有助于风电电价开始向理性回归，有利于整个风电产业的发展。

(4) 国产化率要求

2005年7月国家出台了《关于风电建设管理有关要求的通知》，明确规定了风电设备国产化率要达到70%以上，为满足要求的风电场建设不许建设，进口设备要按章纳税。2006年风电特许权招标原则规定：每个投标人必须有一个风电设备制造商参与，而且风电设备制造商要向招标人提供保证供应复合75%国产化率风电机组承诺函。投标人在中标后必须并且只能采用投标书中所确定的制造商生产的风机。在政策扶持下，2007年风机国产化率已经达到56%，2010年风机国产化率也达到85%以上。

2.3风电产业发展趋势

我国海上资源丰富，发展海上风电，将依托于风能资源丰富的海域，同时以“建设大基地、融入大电网”的方式进行整体规划和布局。目前，我国海上风电开发已经启动，国内对大容量风电机组的需求也在增加，国内风电制造企业纷纷开发大容量海上风电机组。华锐、金风、东汽、联合动力、湘电、明阳等都已开始5MW及以上风力发电机组研发。相信随着整机及零部件技术的不断进步，大容量海上风电的规模化化发展。

3.复合材料在风电叶片上的应用

风力发电装置最核心的部分是叶片，叶片的结构与性能将直接影响到风力发电的效率及性能。风电叶片的成本占整个风力发电装置成本的20%左右，因此采用廉价、性能优异的复合材料成为了许多企业研究的方向。现在使用比较多的复合材料有玻璃纤维增强聚酯树脂、玻璃纤维增强环氧树脂，局部采用玻璃纤维或者碳纤维增强环氧树脂作为主承力结构。

3.1碳纤维增强复合材料及其优点

碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得的微晶石墨材料。碳纤维是一种力学性能优异的新材料。它的比重不到钢的1/4。碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500MP以上，是钢的7~9倍。抗拉弹性模量为材料的强度与其密度之比可达到2000MPa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59MPa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大。碳纤维的轴向强度和模量高、无蠕变。耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低，X射线透过性好。但其耐冲击性较差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此，碳纤维在使用前须进行表面处理。

使用碳纤维增强复合材料能大幅度减少叶片的重量 ，而且比一般的玻璃纤维的增强体模量高3到8倍，可以用于大型风机叶片。碳纤维复合材料具有优异的抗疲劳特性，与树脂混合后能够抵抗恶劣的天气条件。

3.2TM玻璃纤维增强复合材料

TM玻璃纤维具有高强度、高模量的性能，具有较高的抗拉强度、弹性模量、耐疲劳强度、耐性和耐化学腐蚀性。其密度为2.59-2.63g/cm3，拉伸强度为3000~3200MPa,模量为84～86GPa。是大型风电叶片的首选，但是其密度相比于上述的碳纤维增强体要高，所以其缺点是重量太大。TM玻璃纤维中不含硼和氟，是一种环保型的材料。

4.结论

我国是最早利用风能的国家，国家对风能这种清洁的可再生能源的高度重视，新型复合材料在风电叶片上的应用有利于风电产业的发展，我国风电业将进入一个崭新的大规模高速发展阶段。

参考文献 [1] 钟方国，赵鸿汉.风力发电发展现状及复合材料在风力发电上的应用[J]. 纤维复合材料，2007，(4)：17-24. [2] 杨文宏，高克强，薛忠民等.复合材料风电叶片用增强材料[C]. //玻璃钢/复合材料学术年会. 2010. [3] 戴春晖，刘钧，曾竟成等.复合材料风电叶片的发展现状及若干问题的对策[J]. 玻璃钢/复合材料，2008，(1)：53-56. [4] 秦明，张坤，郭靖.中国风电产业发展综述[C]. //经济发展方式转变与自主创新-中国科学技术协会年会. 2010. [5] 李祖华.风力发电现状和复合材料在风机叶片上的应用(1)[J]. 高科技纤维与应用，2008，(2):：8-33. [6] 钟方国，赵鸿汉.风力发电发展现状及其复合材料的应用[J]. 热固性树脂， 2006：16-21.

第二篇：风力发电

1. 风力发电机主机及风叶：主要发电核心，通过风叶旋转带动风力发电机转子旋转切割磁力线，从而把旋转动能转化成电能。

2. 控制器：通常风力发电机发出的电为不稳定三相交流电，如果直接使用会造成用电器的损坏，控制器的作用除了把风力发电机发出的不稳定三相电通过整流输出可以给蓄电池充电的直流电，同时控制器也实时检测风力发电机与蓄电池的电压，避免风力发电机在大风时电压过高导致损坏，也防止蓄电池由于过充导致损坏。

3.蓄电池：储存风力发电机发出的电力以便在需要时使用。

4.逆变器：把蓄电池里的直流电转换成交流电供给交流负载使用。(直流负载不需要逆变器， 可以直接接蓄电池使用)

5.塔架：帮助支撑及固定风力发电机到地面或任何足够牢固能安装风力发电机的介质。

6. 太阳能板(选配)：由于风力资源属于不稳定的自然资源，在部分地区单单依靠风能发电不能完全满足客户的用电需求。此时客户可以按照需求结合太阳能发电，把系统打造成风光互补系统，科学使用各种自然资源有效增加系统发电量。

第三篇：风力发电

风力发电机原理

是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。广义地说，它是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机。风力发电利用的是自然能源。相对柴油发电要好的多。但是若应急来用的话，还是不如柴油发电机。风力发电不可视为备用电源，但是却可以长期利用。力发电的原理:是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。

现状:风力发电正在世界上形成一股热潮，风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行;我国风能资源十分丰富，我国也在西部地区大力提倡,管理滞后影响风电“进步”首先，我国对风能资源的普查、评价、规划管理严重滞后，资源分散，缺少整合，没有形成全国统一的国家级风电产业研机机构，缺少对产业资源的集中和整合。

其次，单位kW造价高，火电平均4500元/kW，风电平均每8000~9000元/kW，平均造价高于火电。火电平均电价0.36元/千瓦时，风电平均电价为0.56元/千瓦时，在我国南方地区电价，还要略高于北方地区。影响电网并网发电的积极性。第三，目前市场和产业化基本上没有形成，风电机组和系统设计技术、设备性能、效率以及技术工艺水平与欧洲相比存在很大差距。国产风电关键部件，如液压系统、联合器、电控等可靠性差，技术不够成熟。

改善“环境”加快风电步伐

前景:它的优势不需要燃料、不占耕地、没有污染，运行成本低。;风力发电产业发展前景非常广阔，

为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。

我国风能资源十分丰富，它是一种干净的可再生能源;风力发电产业发展前景非常广阔，

优缺点:它的优势不需要燃料、不占耕地、没有污染，运行成本低,我国风力资源丰富,缺点,效率低,造价昂贵,技术有待改进,管理不够完善

风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度(微风的程度)，便可以开始发电。 风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。 风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行;我国也在西部地区大力提倡。小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：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。每一部分都很重要，各部分功能为：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。 风力发电机因风量不稳定，故其输出的是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。 机械连接与功率传递水平轴风机桨叶通过齿轮箱及其高速轴与万能弹性联轴节相连,将转矩传递到发电机的传动轴,此联轴节应按具有很好的吸收阻尼和震动的特性，表现为吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移，并且联轴器可阻止机械装置的过载。另一种为直驱型风机桨叶不通过齿轮箱直接与电机相连风机电机类型

第四篇：风力发电

风电场建设施工

时间2010-07-07

一、风电场建设施工前期准备

1项目报建风电场项目可行性研究报告经批准后

按照《工程建设项目报建管理办法》规定具备条件的

需向当地建设行政主管部门报建备案。

2编制风电场建设计划

2.1 风电场建设单位在风电场可行性研究报告已获批准

建设资金筹措计划已基本落实

风电场设计已开始进行时

要尽快组织力量编制建设计划

科学、有序的安排工程项目和有关工作高效协调进行

以控制和掌握风电场建设大局

落实风电场分期建设计划和总体规划。

2.2 编制风电场建设计划

要在保证质量和安全的前提下

以工程进度计划为主

完成包括建设准备工作计划、投资计划、物资供应计划、运输计划、劳动培训计划、成本计划等配套计划的编制。

3委托建设监理

3.1 风电场建设涉及到风力发电、输变电、建筑、道路等工程

是一项多专业多学科的系统工程

建设单位要依靠自身的力量管理好风电场建设是比较艰巨和吃力的工作

3.2 委托有相应资质、满足专业需求的监理单位

代表建设单位

依据国家有关法律法规和工程建设监理合同、工程建设的各有关合同

对风电场工程项目实施监理。

4项目施工招标

4.1 建设单位根据建设风电场目标项目的建设地点、投资目标、任务数量、质量标准及工程进度等等

通过发布广告或邀请函的形式使自愿参与工程施工的承包商按建设单位的要求投标

建设单位根据投标报价高低、技术水平、施工能力、工程经验、企业管理水平、财务状况和企业信誉程度等对其进行全面分析、综合评价、择优选定中标单位 并与其签订合同。

4.2 施工招标文件主要内容

4.2.1 投标邀请书

4.2.2 合同条款

4.2.3 协议书、履约担保证件和工程预付款保函

4.2.4 投标报价书、投标保函和授权委托书

4.2.5 工程量清单

4.2.6 投资审查资料

4.2.7 技术条款

4.2.8 招标图纸

4.3 开标、评标和决标通过评审

建设单位最后与潜在的中标单位就工程实施过程中有关问题和价格问题进行谈判从中确定中标单位。经报请有关主管部门批准后

发出中标通知书。

5 签订施工合同

5.1 中标通知书发出30天内

中标单位应与建设单位依据招标文件、投标书等签订工程的承包合同。

5.2 签订施工合同

必须按照《建设工程施工合同示范文本》的合同条件

明确约定合同条款对可能发生的问题

要约定处理原则和解决办法。

5.3 建设单位在合同正式签订前

应将双方协商一致的合同草案报建设行政部门或其授权单位审查

通过审查后无误后

双方可以正式签订合同。

6 征地风电场建设用地

需要按规定办理报批手续并缴纳和支付规定项目的费用。

7 现场四通一平为使风电场项目施工顺利进行

施工单位应在正式施工开工前

解决现场用电、用水、道路、通信及施工现场场地平整的问题。

二、风电场工程施工

1 工程施工许可证

1.1 根据我国《建筑法》的规定

包括风电场建设工程在内的建筑工程

建设单位应当在其开工前向工程所在地的县级以上建设行政主管部门申请领取施工许可证。

1.2 未取得施工许可证或开工报告而擅自施工的

责令改工。

2 工程施工管理

2.1 质量控制坚持质量第一

预防为主

防检结合的原则

2.2 进度控制根据项目工程条件

全面分析

审核施工承包单位编制的施工进度计划的合理性和可行性

并实施监督

以确保工期目标的实现

2.3 投资控制严格审核施工承包单位的施工图预算和工程项目个阶段的资金使用计划

2.4 过程协调通过现场协调或定期协调会方式解决施工过程中存在的问题

3 工程施工监理

3.1 依据监理合同确定监理组织确定风电场项目总监理工程师及相应专业人员摸清

任务具体内容

3.2 制定监理规划及进行准备工作

3.3审查施工组织设计提出个专业的书面审查意见

3.4 工程投资、质量和进度目标动态控制

3.5 质量评定填写质量综合评定监理意见

3.6 工程验收

4 工程施工质量管理

4.1 建设单位必须把工程发包给具有相应资质等级的单位

4.2 建设单位必须对工程的重要设备和材料实行采购招标

4.3 建设单位应将施工图设计文件报县级以上政府建设行政主管未经审查批准不得使用

4.4 建设单位只有在工程验收合格后方可将其交付使用

三、风力发电机组的运输、安装与调试

1 风力发电机组的运输

1.1 一般情况下采购我国自己生产的风力发电机组在采购合同中都明确由生产厂代为组织运输且直达风电场工地现场

1.2 在采用公路汽车运输方案时建设单位应对道路路况做全面了解

2 风力发电机组的安装

2.1 安装前检查并确认风力发电机组基础已验收符合安装要求

2.2 确认风电场输变电工程已经验收

2.3 以制造厂技术人员为主组织安装队伍并明确安装现场的唯一指挥人选

3 风力发电机组的调试

3.1 按风力发电机组生产厂安装及调试手册规定逐一进行调试

3.2 按手册要求编写调试报告

四、风力发电机组试运

1 风力发电机组试运行严格依据风力发电机组试运行的条件

2 试运行时间:按风力发电机组生产厂要求或生产厂与建设单位预先商定的条件

3 风力发电机组通过试运行后经分析评估符合要求生产厂和建设单位双方签署试运行记录后方可验收

4 编制风力发电机组性能质量评估报告提供专项测试、复查记录及评估意见后验收方可结束

5 验收意见和报告应归档保存以备风电场项目竣工验收需要并作为该风力发电机组技术档案的正式资料备查

第五篇：风力发电报告

国内外风力发电技术 的现状与发展趋势

风能是一种可再生的清洁能源。近30年来，国际上在风能的利用方面，无论是理论研究还是应用研究都取得了重大进步。风力发电技术日臻完善，并网型风力发电机单机额定功率最大已经到5MW，叶轮直径达到126m。截止2005年世界装机容量已达58,982MW，风力发电量占全球电量的1%。中国成为亚洲风电产业发展的主要推动者之一，其总装机容量居世界第8位，2005年新增装机容量居世界第6位。今后，国内外风力发电技术和产业的发展速度将明显加快。

1 引

言

风是最常见的自然现象之一，是太阳对地球表面不均衡加热而引起的“空气流动”，流动空气具有的动能称之为风能。因此，风能是一种广义的太阳能。据世界气象组织(WMO)和中国气象局气象科学研究院分析，地球上可利用的风能资源为200亿kW，是地球上可利用水能的20倍。中国陆地10m高度层可利用的风能为2.53亿kW，海上可利用的风能是陆地上的3倍，50m高度层可利用的风能是10m高度层的2倍，风能资源非常丰富。

风能是一种技术比较成熟、很有开发利用前景的可再生能源之一[1]。风能的利用方式不仅有风力发电、风力提水，而且还有风力致热、风帆助航等。因此，开发利用风能对世界各国科技工作者具有极强的魅力，从而唤起了世界众多的科学家致力于风能利用方面的研究。在本文中，将对国内外风力发电技术的现状和发展趋势进行论述。

2 风力发电基本知识

2.1 风能的计算公式

空气运动具有动能。风能是指风所具有的动能。如果风力发电机叶轮的断面积为A，则当风速为V的风流经叶轮时，单位时间风传递给叶轮的风能为

(1)

其中：单位时间质量流量m=ρAV

(2)

在实际中，式中：

PW—每秒空气流过风力发电机叶轮断面面积的风能，即风能功率，W;

(3) Cp—叶轮的风能利用系数;

m—齿轮箱和传动系统的机械效率，一般为0.80—0.95，直驱式风力发电机为1.0; e—发电机效率，一般为0.70—0.98; —空气密度，kg/m3;

A—风力发电机叶轮旋转一周所扫过的面积，m2; V—风速，m/s。

2.2 贝茨(Betz)理论

第一个关于风轮的完整理论是由德国哥廷根研究所的A·贝茨于1926年建立的。

贝茨假定风轮是理想的，也就是说没有轮毂，而叶片数是无穷多，并且对通过风轮的气流没有阻力。因此这是一个纯粹的能量转换器。此外还进一步假设气流在整个风轮扫掠面上的气流是均匀的，气流速度的方向无论在风轮前后还是通过时都是沿着风轮轴线的。

通过分析一个放置在移动空气中的“理想”风轮得出风轮所能产生的最大功率为

—空气密度，kg/m3;

(4)

式中：Pmax—风轮所能产生的最大功率;

A—风力发电机叶轮旋转一周所扫过的面积，m2; V—风速，m/s。

这个表达式称为贝茨公式。其假定条件是风速与风轮轴方向一致并在整个风轮扫掠面上是均匀的[2]。 将(4)式除以气流通过扫掠面A时风所具有的动能，可推得风力机的理论最大效率

(5)

(5)式即为有名的贝兹(Betz)理论的极限值。它说明，风力机从自然风中所能索取的能量是有限的，其功率损失部分可以解释为留在尾流中的旋转动能。

能量的转换将导致功率的下降，它随所采用的风力机和发电机的型式而异，因此，风力机的实际风能利用系数Cp<0.593[3]。

2.3 温度、大气压力和空气密度

通过温度计和气压计测试出实验地点的环境温度和大气压，由下式计算出空气密度。

(6)

式中：ρ—空气密度，kg/m3; h—当地大气压力，Pa; t—温度，℃。

从空气密度公式可以看出，空气密度的大小与大气压力、温度有关。

2.4 风力机的主要组成

1) 小型风力发电机

小型水平轴风力机主要组成部分有：风轮、发电机、塔架、调向机构、蓄能系统、逆变器等。 (1)风轮 风轮是风力机从风中吸收能量的部件，其作用是把空气流动的动能转变为风轮旋转的机械能。水平轴风力发电机的风轮是由1~3个叶片组成的。叶片的结构形式多样，材料因风力机型号和功率大小而定，如木心外蒙玻璃钢叶片、玻璃纤维增强塑料树脂叶片等。

(2)发电机

在风力发电机中，已采用的发电机有3种，即直流发电机、同步交流发电机和异步交流发电机。小型风力发电机多采用同步或异步交流发电机，发出的交流电通过整流装置转换成直流电。

(3)塔架

塔架用于支撑 发电机和调向机构等。因风速随离地面的高度增加而增加，塔架越高，风轮单位面积捕捉的风能越多，但造价、安装费等也随之加大。

(4)调向机构

垂直轴风力机可接受任何方向吹来的风，因此不需要调向机构。对于水平轴风力机，为了得到最高的风能利用效率，应用风轮的旋转面经常对准风向，需要对风装置。常用的调向机构主要有尾舵、舵轮、电动对风装置。

(5)限速机构

当风速高于风力机的设计风速时，为了防止叶片损坏，需要对风轮转速进行控制。 (6)贮能装置

贮能装置对独立运行的小型风力机是十分重要的。其贮能方式有热能贮能、化学能贮存。 (7)逆变器

用于将直流电转换为交流电，以满足交流电气设备用电的要求。 2) 大型风力发电机

大型风力发电机组由两大部分组成：气动机械部分和电气部分。气动机械部分包括风轮、低速轴、增速齿轮箱、高速轴，其功能是驱动发电机转子，将风能转换为机械能。电气部分包括异步发电机、电力电子变频器、变压器和电网，其功能是将机械能转换为频率恒定的电能。近年来，又研制成功了直驱式变速恒频风力发电机组(无增速齿轮箱)。

3 风力机与风力发电技术

3.1 风力机与风力发电技术的发展史

风能，是人类最早使用的能源之一。远在公元前2000年，埃及、波斯等国已出现帆船和风磨，中世纪荷兰与美国已有用于排灌的水平轴风车。我国是世界上最早利用风能的国家之一，早在距今1800年前，我国就有风力提水的记载。1890年丹麦的P·拉库尔研制成功了风力发电机，1908年丹麦已建成几百个小型风力发电站。自二十世纪初至二十世纪六十年代末，一些国家对风能资源的开发，尚处于小规模的利用阶段[4]。

随着大型水电、火电机组的采用和电力系统的发展，1970年以前研制的中、大型风力发电机组因造价高和可靠性差而逐渐被淘汰，到二十世纪六十年代末相继都停止了运转。这一阶段的试验研究表明，这些中、大型机组一般在技术上还是可行的，它为二十世纪七十年代后期的大发展奠定了基础。

1980年以来，国际上风力发电机技术日益走向商业化。主要机组容量有300kW、600kW、750kW、850kW、1MW、2MW。1991年丹麦在Vindeby建成了世界上第一个海上风电场，由11台丹麦Bonus 450kW单机组成，总装机4.95MW。随后荷兰、瑞典、英国相继建成了自己的海上风电场。

目前，已经备离岸风力发电设备商业生产能力的厂家，主要有丹麦的Vestas(包括被其整合的NEG-Micon)，美国的GE风能，德国的Nordex、Repower、Pfleiderer/Prokon、Bonus和德国著名的Enercon公司。单机额定功率覆盖范围从2MW、2.3MW、3.6MW、4.2MW、4.5MW到5MW。叶轮直径从80m、82.4m、100m、110m、114m、116m到126m。

3.2 风力机的种类

风力发电机是把风能转换为电能的装置，鉴于风力发电机种类繁多，因此分类法也是多种。按叶片数量分，单叶片，双叶片，三叶片，四叶片和多叶片;按主轴与地面的相对位置分，水平轴、垂直轴(立轴)式;按桨叶工作原理分，升力型、阻力型。目前风力发电机三叶片水平轴类型居多。

水平轴风力机，风轮的旋转轴与风向平行，如图1所示;垂直轴风力机，风轮的旋转轴垂直于地面或气流方向，如图2所示。

4 国内外风力发电的现状

4.1 世界风力发电的现状

目前，中、大型风力发电机组已在世界上40多个国家陆地和近海并网运行，风电增长率比其它电源增长率高的趋势仍然继续。如表1所示，截止2005年12月31日世界装机容量已达58,982MW，年装机容量为11,310MW，增长率为24%;风力发电量占全球电量的1%，部分国家及地区已达20%甚至更多。2005年世界风电累计装机容量最多的十个国家见表2，前十名合计51750.9MW，约占世界总装机容量的87.7%。

2005年国际风电市场份额的分布多样化进程呈持续发展趋势：有11个国家的装机容量已高于1,000MW，其中7个欧洲国家(德国、西班牙、意大利、丹麦、英国、荷兰、葡萄牙)，3个亚洲国家(印度、中国、日本)，还有美国。亚洲正成为发展全球风电的新生力量，其增长率为48%[5]。

2002年欧洲风能协会(EWEA)与绿色和平组织(Greenpeace International)发表了一份标题为“风力 12(Wind Force 12)”的报告，勾画了风电在2020年达到世界电量12%的蓝图。报告声明这份文件不是预测，而是从世界风能资源、世界电力需求的增长和电网容量、风电市场发展趋势和潜在的增长率、与核电和大水电等其他电源技术发展历程的比较以及减排CO2等温室气体的要求，论证了风电达到世界电量12%的可能性。报告还指出中国2020年风电装机有可能达到1.7亿千瓦[6]、[7]。

国内风力发电的现状

根据国家气象科学院的估算[8]，我国陆地地面10米高度层风能的理论可开发量为32亿kW，实际可开发量为2.53亿kW。海上风能可开发量是陆地风能储量的3倍。 内蒙古 实际可开发量

0.618亿kW 西藏

实际可开发量

0.408亿kW 新疆

实际可开发量

0.343亿kW 青海

实际可开发量

0.242亿kW 黑龙江

实际可开发量

0.172亿kW

2005年中国除台湾省外新增风电机组592台，装机容量50.3万kW。与2004年当年新增装机19.8万kW相比，2005年当年新增装机增长率为254%。

截至2005年底，中国除台湾省外累计风电机组1864台，装机容量126.6万kW，风电场62个。分布在15个省(市、自治区、特别行政区)，它们按装机容量排序如表3所示。与2004年累计装机76.4万kW相比，2005年累计装机增长率为65.6%。2005年风电上网电量约15.3亿kW.h[9]。

中国“十一五”国家科技支撑计划重大项目“大功率风电机组研制与示范”支持1.5~2.5MW、2.5MW以上双馈式变速恒频风电机组的研制;1.5~2.5MW、2.5MW以上直驱式变速恒频风电机组的研制;1.5MW以上风电机组叶片、齿轮箱、双馈式发电机、直驱式永磁发电机的研制及产业化;1.5MW以上双馈式风电机组控制系统及变流器、直驱式风电机组控制系统及变流器的研制及产业化;近海风电场建设关键技术的研究;近海风电机组安装及维护专用设备的研制;大型风电机组相关标准制定及风电技术发展分析等16个课题的研究[10]。“十一五”末，我国风电技术的自主研发能力将接近世界前沿水平。

4.3小型风力发电机

4.3.1小型风力发电机行业现状

作为农村可再生能源主要支柱之一的小型风力发电行业在2005年度得到长足的发展，从事小型风电产业的开发、研制、生产单位达到70家。据23个生产企业报表统计，2005年共生产30kW以下独立运行的小型风力发电机组共33,253台，比上年增长34.4%，其中200W、300W、500W机组共生产24,123台，占全年总产量的72.5%;15个单位共出口小型风力发电机组5,884台，比上年增长40.7%，创汇282.7万美元，主要出口到菲律宾、越南等24个国家和地区。并且，由于汽油、柴油、煤油价格飞涨，且供应渠道不畅通，内陆、江湖、渔船、边防哨所、部队、气象站和微波站等使用柴油发电机的用户逐步改用风力发电机或风光互补发电系统。

4.3.2 小型风力发电机行业发展趋势

1) 由于广大农牧民生活水平提高、用电量不断增加，因此小型风力发电机组单机功率在继续提高，50W机组不再生产，100W、150W机组产量逐年下降，而200W、300W、500W和1kW机组逐年增加，占总年产量的80%。

2) 由于广大农民迫切希望不间断用电，因此“风光互补发电系统”的推广应用明显加快，并向多台组合式发展，成为今后一段时间的发展方向。

3) 随着国家《可再生能源法》及《可再生能源产业指导目录》的制定，相继还会有多种配套措施及税收优惠扶植政策出台，必将提高生产企业的生产积极性，促进产业发展。

4) 目前我国尚有2.8万个村、700万户、2,800万人口没有用上电，且分散居住在边远山区、农牧区、常规电网很难达到，有关专家分析700万无电用户中、300万户可用微水电解决用电，而400万户可以用小型风力发电或风光互补发电，满足农牧民用电需要[11]。 4.3.3浓缩风能型风力发电机

浓缩风能型风力发电机由内蒙古农业大学新能源技术研究所研制，已获得中国实用新型专利(专利号：ZL94244155.9)。该型风电机组将稀薄的风能经浓缩风能装置加速、整流和均匀化后驱动叶轮旋转发电，从而提高了风能的能流密度，降低了自然风的湍流度，改善了风能的不稳定等弱点，提高了风能品位，降低了风电度电成本。该风力发电机具有的切入风速低、发电量大、噪音低、安全性高、寿命长、度电成本低等特点。 浓缩风能型风力发电机可独立运行、风光互补运行、多机联网运行和并入低压电网运行。现已研制开发的系列产品有200W、300W、600W、1kW、2kW等机组。浓缩风能型风力发电机经过中试后，可以向中、大型机组发展。这种新型风电技术在中国和世界的应用，将有效地提高风电系统的供电水平和质量，有效地利用低品位的风能，提高风电商品竞争力，具有重要的经济益和生态环保效益[12]。

5 结

论

在今后的20年内，国际上风力发电产业将是增长速度最快的产业，风力发电技术也将进入快速发展的黄金时期;在中国，并网型风力发电机组装机容量增长速度将明显加快，令世界瞩目，离网型风力发电机组发展的地域广、潜力大，装机总容量最终将超过并网型风力发电机组。

田德，吉林松原人，1958年8月生。内蒙古农业大学教授，华北电力大学教授，博士生导师。1985年赴日本留学，1992年9月获得日本明星大学电气工程学博士学位。现任中国农业工程学会理事、中国太阳能学会理事、《太阳能学报》编委、全国“百千万人才工程”第

一、二层次人选。享受国务院政府特殊津贴。省级中青年突贡专家。省级优秀留学回国人员。主持完成的项目获内蒙古自治区科技进步一等奖1项，已获得中国实用新型专利1项。正申请国家发明专利3项。发表研究论文50余篇，多篇被EI收录。主持完成和正在主持的科研项目有：3项国家自然科学基金资助项目、3项国际合作项目、1项国家“十一五”科技攻关项目、9项省部级项目、3项横向项目。现从事离网型风力发电系统、并网型风力发电系统和可再生能源利用的研究。

[参考文献] [1]贺德馨.2020年中国的科学和技术发展研究[J].科技和产业,2004,4(1):36. [2][法]D·勒古里雷斯(著),施鹏飞(译).风力机的理论与设计[M].北京:机械工业出版社,1987:31~33. [3]叶杭冶.风力发电机组的控制技术[M].北京:机械工业出版社,2006:11~13. [4]陈云程,陈孝耀,朱成名,等.风力机设计与应用[M].上海:上海科学技术出版社,1990:1~11,48~51 [5]世界风能协会.2005年全球风能统计[J].中国风能，2006(1)：17~20

[6] The European Wind Energy Association, Greenpeace International. Wind Force 12.2002. http:///gggs/xmsbtz/200610/t20061028_37554.htm，2006.12.17. [11]李德孚.2005年小型风力发电行业现状与发展[J].中国风能,2006,(2):9～11 [12]田

德,王海宽，韩巧丽.浓缩风能型风力发电机的研究与进展[J].农业工程学报(增刊)，中国农业工程学会第七次全国会员代表大会暨学术年会论文集，2003,19:177～181.