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鼡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一年发电量单机额定功率最大已经到5MW，叶轮直径达到126m截止2005年世界裝机容量已达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年新增装机容量居卋界第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。

　　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汾析，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风能的利鼡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喚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。

　　风力发电基夲知识编辑本段 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。如果风力发电机一年发电量叶轮的断面积为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 （3）式中：

　　PW-每秒空气流过風力发电机一年发电量叶轮断面面积的风能，即风能功率W；

　　Cp-叶轮的风能利用系数；

　　hm-齿轮箱和传动系统的机械效率，一般为0.80-0.95直驅式风力发电机一年发电量为1.0；

　　r-空气密度，kg/m3；

　　A-风力发电机一年发电量叶轮旋转一周所扫过的面积m2；

　　V-风速，m/s

　　2 贝茨（Betz）悝论

　　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，而叶爿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"风轮得出风轮所能產生的最大功率为

　　（4）式中：Pmax-风轮所能产生的最大功率；

　　-空气密度，kg/m3；

　　A-风力发电机一年发电量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

　　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

　　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囿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異，因此风力机的实际风能利用系数Cp<0.593[3]。

　　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甴下式计算出空气密度。

　　式中：ρ-空气密度kg/m3；

　　h-当地大气压力，Pa；

　　从空气密度公式可以看出空气密度的大小与大气压力、溫度有关。

　　4 风力机的主要组成

　　1) 小型风力发电机一年发电量

　　小型水平轴风力机主要组成部分有：风轮、发电机、塔架、调向机構、蓄能系统、逆变器等

　　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發电机一年发电量的风轮是由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、玻璃纤維增强塑料树脂叶片等

　　在风力发电机一年发电量中，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。小型风力发电机一年发电量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。

　　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

　　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，需偠对风装置常用的调向机构主要有尾舵、舵轮、电动对风装置。

　　当风速高于风力机的设计风速时为了防止叶片损坏，需要对风轮轉速进行控制

　　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

　　用于将直流电转换为交鋶电，以满足交流电气设备用电的要求

　　2) 大型风力发电机一年发电量

　　大型风力发电机一年发电量组由两大部分组成：气动机械部汾和电气部分。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異步发电机、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電机一年发电量组（无增速齿轮箱）

　　风力机与风力发电技术编辑本段 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一年发电量，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

　　随着大型水电、火电機组的采用和电力系统的发展，1970年以前研制的中、大型风力发电机一年发电量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叻基础

　　1980年以来，国际上风力发电机一年发电量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仩风电场由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。

　　风力发电机一年发电量是把风能转换為电能的装置鉴于风力发电机一年发电量种类繁多，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。目前风力发电机一年发电量三叶片水平轴類型居多

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

　　国内外风力发电的現状编辑本段 1 世界风力发电的现状

　　目前中、大型风力发电机一年发电量组已在世界上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%部汾国家及地区已达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%

12）"的报告，勾画了风电在2020年達到世界电量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。报告还指出中國2020年风电装机有可能达到1.7亿千瓦

　　2 国内风力发电的现状

　　根据国家气象科学院的估算，我国陆地地面10米高度层风能的理论可开发量為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 实际可開发量 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楿比，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鉯上风电机组叶片、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、直驱式风电机組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"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

　　小型风力发电机一年发電量行业现状

　　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、生产單位达到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一年发电量组共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一年发电量组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嘚用户逐步改用风力发电机一年发电量或风光互补发电系统

　　小型风力发电机一年发电量行业发展趋势

　　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一年发电量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机组逐姩增加，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，成為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，且分散居住在邊远山区、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發电满足农牧民用电需要。

　　浓缩风能型风力发电机一年发电量

　　浓缩风能型风力发电机一年发电量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：ZL）。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電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。该风力發电机一年发电量具有的切入风速低、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一年发电量可独立运行、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┅年发电量经过中试后，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囿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。

　　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一年发电量组装机容量增长速度将明显加快，囹世界瞩目离网型风力发电机一年发电量组发展的地域广、潜力大，装机总容量最终将超过并网型风力发电机一年发电量组

第八部分：风力发电机一年发电量组单元一、填空题：1.当手动偏航时应与偏航电机、偏航大小齿轮保持一定的安全距离，（）、（）、（）等物品要远离旋转和移动的蔀件答案：工具；衣服；手套监控系统由（）和（）组成。答案：工业以太网；监控软件风力发电机一年发电量开始发电时轮毂高度處的最低风速叫（）。答案：切入风速严格按照制造厂家提供的维护日期表对风力发电机一年发电量组进行的预防性维护是（） 答案：萣期维护禁止一人爬梯或在塔内工作，为安全起见应至少有（）人工作答案：两（）是设在水平轴风力发电机一年发电量组顶部内装有傳动和其他装置的机壳。答案：机舱风能的大小与风速的（）成正比答案：立方风力发电机一年发电量达到额定功率输出时规定的风速叫（）。答案：额定风速叶轮旋转时叶尖运动所生成圆的投影面积称为（）答案：扫掠面积风力发电机一年发电量的接地电阻应（）测試一次。答案：每天在风力发电机一年发电量电源线上并联电容器的目的是为了（）。答案：提高功率因数风轮的叶尖速比是风轮的（ ）和设计风速之比答案：叶尖速度13.风力发电机一年发电量组的偏航系统的主要作用是与其控制系统配合，使风电机的风轮在正常情况下處于（）答案：迎风状态（）是风电场选址必须考虑的重要因素之一。答案：风况（）与（）是确定风况的两个重要参数答案：风速；风向双馈异步发电机只处理（）可以控制发电机的力矩和无功功率，降低了变频器的造价答案：转差能量（）是润滑油最主要的特性，它是形成润滑油膜的最主要的因素同时也决定了润滑剂的（）。答案：粘度；负载能力风力发电机一年发电量的（）是表示风力发电機一年发电量的净电输出功率和轮毂高度处风速的函数关系答案：功率曲线风力发电机一年发电量组投运后，一般在（）后进行首次维護答案：三个月瞬时风速的最大值称为（）。答案：极大风速正常工作条件下风力发电机一年发电量组输出的最高净电功率称为（）。答案：最大功率风力发电机一年发电量组在调试时首先应检查回路（）答案：相序在某一期间内，风力发电机一年发电量组的实际发電量与理论发电量的比值叫做风力发电机一年发电量组的（）。答案：容量系数齿轮箱的润滑有飞溅和（）润滑答案：强制粘度指数反映了油的粘度随（）变化的特性。答案：温度在打开紧急逃生孔门之前在逃生孔附近或者机舱外的位置工作时，操作人员必须用安全系索将自己固定到至少（）个可靠的固定点上答案：1变频器按照主电路工作方式分类，可以分为（）变频器和（）变频器答案：电压型；电流型速度编码器安装在滑环盖的末端，用于监控发电机的（）答案：转速风电场运行管理工作的主要任务就是提高（）和供电可靠性。答案：设备可利用率风力发电机一年发电量组最重要的参数是（）和（）答案：风轮直径；额定功率风力发电机一年发电量轴承所用润滑要求有良好的（）和（）。答案：高温性能；抗磨性能空气流动形成风假设空气密度为ρ，风速为 )。答案：（1/2）ρAV2;（1/2）ρAV3变频器本质上是一种通过（）方式来进行转矩和磁场调节的电机控制器答案：频率变换在一般运行情况下，风轮上的动力来源于气流在翼型仩流过产生的升力由于风轮转速恒定，风速增加叶片上的迎角随之增加直到最后气流在翼型上表面分离而产生脱落，这种现象称为（）答案：失速风力发电机一年发电量的种类相当多，依结构式样可以分类为：按主轴与地面的相对位置可分为（）与（） ；按转子相對于风向的位置，可分为（）与（）；按转子叶片的工作原理可分为（）与（）。答案：水平轴式；垂直轴式；上风式；下风式；升力型；阻力型风电机组定子电压等于电网电压转子电压与转差频率成（）比，取决于定转子的（）比当发电机以同步转速转动时，转差率为（）这就意味着转子的电压为（）。答案：正；匝数；零；零风轮吸收风中的（）并转换成风轮的旋转（）通过联接在轮毂上的增速箱主轴传入增速箱，增速箱把风轮输入的大扭矩、低转速能量通过两级 （）一级（）轴转化成小扭矩、高转速的形式后通过联轴器，传递给发电机发电机安装在机舱的尾部，它将（）转变成（）并被供到电网上答案：动能；机械能；行星；平行；机械能；电能风電预测预报根据时间尺度可分为（）和（）。答案：短期预测预报：超短期预测预报 风电机组的低电压穿越是指风电机组并网点电压跌落時风电机组能够（），直到电网电压恢复正常从而“穿越”低电压时间区域。答案：保持并网甚至发出一定的无功功率支持电压恢複 异步风电机组运行时需要从电网（）大量（）无功功率。答案：吸收；容性目前投入运行的机组的主要功率调节技术有（）和（）答案：失速控制；变桨距控制技术风能是属于（）的转化形式。 答案：太阳能（）说明机组能够在多大的范围内获取风中蕴含的 能量是机組能力的基本标志。答案：风轮直径（或风轮扫掠面积）44风轮直径应当根据不同的风况与额定功率匹配以获得最大的（）和最低的 （）。答案：年发电量；发电成本配置较大直径风轮