风力发电的发展现状及前景探讨
摘 要：风电作为一种洁净、无污染、可再生的绿色新能源，取之不尽，用之不竭。文章介绍了我国和国外风力发电的发展现状，风力发电的技术发展，利用风能发电的优越性，以及我国风力发电存在的问题及前景探讨。
关键词：风力发电；能源；现状；发电机组；控制系统；参数
随着世界能源的日益匮乏和科学技术的迅速发展，加之人们对环境保护的要求，人们在努力寻找一种能替代石油、天然气等能源的可再生、环保、洁净的绿色能源。风能是当前最有发展前景的一种新型能源，它是取之不尽用之不竭的能源，还是一种洁净、无污染、可再生的绿色能源。风能的利用，从风车到风力发电，证明了文明和科学进步。绿色和平组织和欧洲风能协会2002年提出了《风力12》报告，报告中指出到2020年，世界风力发电将达到世界电力总需求量的12%，我国电力发展“十一五”发展纲要中也指出，中国的风力发电将占世界风力发电总量的14%。风力发电与火力发电和水力发电比较，具有单机容量小、可分散建设等优点。随着国家对能源需求和环保要求力度的不断加大，风力发电的优越和经济性、实用性等优点也必须显现出来。
一、我国风力发电的发展现状
我国是世界上风力资源占用率最高的国家。也是世界上最早利用风能的国家之一。据资料统计，我国10m高度层风能资源总量为3226GW，其中陆上可开采风能总量为253GW，加上海上风力资源，我国可利用风力资源近1000GW，如果风力资源开发率达到60%，仅风能发电一项就可支撑我国目前的全部电力需求。
我国利用风力发电起步较晚。和世界上风能发电发达国家如德国、美国、西班牙等国相比还有很大差距。风力发电是20世纪80年代才迅速发展起来的，发展初期研制的风机主要为1KW、10KW、55KW、220KW等多种小型风电机组，后期开始研制开发可充电型风电机组，并在海岛和风电场广泛推广应用。目前有的风机已远销国外。至今，我国已经在河北张家口、内蒙古、山东荣成、辽宁营口、黑龙江富锦、新疆达坂城、广东南澳和海南等地建成了多个大型风力发电场，并且计划在江苏南通、灌云及盐城等地兴建GW级风电场。截止2007年底，我国风机装机容量已达到6.05GW，年发电量占全国发电量的0.8%左右，比2000年风电发电量增加了近10倍，我国的风力发电量已跃居世界第5位。下面从控制系统的实现和技术发展两方面来介绍：
从控制系统的实现来说，由19世纪末第一台现代风力发电机组在丹麦诞生，到20世纪80年代初，风力发电机组电气控制系统得以实现，但仍局限于采用模拟电子器件。到了80年代中后期，随着计算机技术的发展及其在控制领域的应用，出现了基于微处理器的风力发电机组电气控制系统。步入90年代，随着微处理器在电力电子、数据采集、信号处理、工业控制等领域的广泛应用，风力发电机组的电气控制系统往往采用基于单板机、单片机或可编程控制器的微机控制。
我国的风力发电始于20世纪50年代后期。自上世纪80年代中期引进55KW容量等级的风电机投入商业化运行开始，经过二十几年的发展，我国的发电市场已经获得了长足的发展。到2009年底，我国风电总装机容量达到2601万KW，位居世界第二，2009年新增装机容量1300万KW，占世界新增装机容量的36%，居世界首位。可以看出，我国风电产业正步入一个跨越式发展的阶段，而2010年我国累计装机容量已达44773.29万KW。
从技术发展上说，我国风电企业经过“引进技术——消化吸收——自主创新”的三步策略也日益发展壮大。随着国内5MW容量等级风电产品的相继下线，以及国内兆瓦级机组在风电市场的普及，标志我国已具备兆瓦级风机的自主研发能力。同时，我国风电装备制造业的产业集中度进一步提高，国产机组的国内市场份额逐年提高。目前我国风电机组整机制造业和关键零部件配套企业已能基本满足国内风电发展需求，但是像变流器、主轴轴承等一些技术要求较高的部件仍需大量进口。因此，我国风电装备制造业必须增强技术上的自主创新，加强风电核心技术攻关，尤其是加强风电关键设备和技术的攻关。
二、国外风力发电的发展状况
风能的开发利用在国外发达国家已相当普及，尤其在德国、荷兰、西班牙、丹麦等西欧国家。风力发电在电网中占相当比重。20世纪70年代发生了世界性的能源危机，欧美国家政府加大补贴投入，鼓励开展风力发电事业。1973年联邦德国风能资源投入30万美元，到1980年投资就增至6800万美元；美国20世纪80年代初期安装了1700多台发电机组，总装机容量达到3MW；1979年丹麦能源部决定给风轮机设备厂投入补贴，政府拨款建立小型风轮机试验中心，承担风轮机许可证任务。到20世纪80年代末，全球共有大型风轮机近2万台，总装机容量2GW。国际市场风力发电成本不断降低，有些条件较好的风力风电场，机组发电成本仅为8美分/kwh，风场运行维修费为1.5美分/kwh，从当前世界风力发电情况来看，无论从风机容量投资、年发电量、运行费用及运行稳定性等指标衡量，200～500kw的中型风电机组都具有较大竞争力。
三、风力发电的技术发展
风力发电技术是涉及空气动力学、自动控制、机械传动、电机学、力学、材料学等多学科的综合性高技术系统工程。目前在风能发电领域，研究难点和热点主要集中在风电机组大型化、风力发电机组的先进控制策略和优化技术等方面。
（一）风力发电机组机型及容量的发展
目前主流的三大风电机组是：笼型双速变极异步发电机组、绕线式双馈异步发电机组和永磁直驱同步发电机组。风力发电机单机容量也不断向大型化发展。从20世纪80年代中期的55kw容量等级的风电机组投入商业化运行开始，至1990年达到250kw，1997年突破1mw，1999年即达到2mw。进入21世纪，兆瓦级风力机逐渐成为国际风电市场上的主流产品。2004年德国Repower即研制出第一台5mw风机，Enercon式6mw风电机，预计2014年单机容量将突破15mw。
（二）风力发电机组的控制系统
控制技术是风力发电机组安全高效运行的关键技术，原因是自然风速的大小和方向随着大气的气压、气温和湿度等的活动和风电场地形地貌等因素的随机性和不可控性，这样风力机所获得的风能也是随机和不可控的。此外，风力资源丰富的地区通常环境较为恶劣，，在海岛和边远的地区甚至海上，人们希望分散不均的风力发电机组能够无人值班运行和远程监控。这就对风力发电机组的控制系统可靠性提出了很高的要求。
控制系统需要监控的主要参数包括以下几个方面：（1）电力参数——电网三相电压、发电机输出的三相电流、电网频率及发电机功率因数等；（2）风力参数——风速、风向；（3）机组状态参数——转速、温度、电缆扭矩、机械刹车状况、机舱振动、油位；（4）反馈信号——回收叶间扰流器、松开机械刹车、松开偏航制动器、发电机脱网及脱网后的转速降落信号。
目前绝大多数风力发电机组的控制系统都选用集散型或分布式（DCS）工业控制计算机。有各种功能的专用模块可供选择，可以方便地实现就地控制，许多控制模块可直接布置在控制对象的工作点，就地采集信号进行处理；同时DCS现场适应性强，便于控制程序现场调试及在机组运行时刻随时修改控制参数。
近年来，随着智能控制技术的日益完善和发展，许多人也将其应用于风力发电控制系统中。将神经网络控制方法用于风力发电系统的控制过程，以克服微机控制过程中存在的系统模型的非线性和复杂性，使系统达到最优控制效果。模糊理论得出最优蓄电池电压控制作为发电机负荷的蓄电池电压来控制发电机出力，从而有效地把风能转换为电能。应用遗传算法和模糊理论设计风力发电机变桨距控制器，利用遗传算法简单高效的寻优特点对模糊控制器的结构和参数进行优化设计。
四、利用风能发电的优越性
利用风能资源发电，具有良好的发展前景和其它能源无可比拟的优越性。大体可归纳为以下几点。风力发电是一种干净无污染的可再生自然资源，取之不尽，用之不竭，没有常规能源（煤电、油电、核电）会造成环境污染的问题；风电技术日趋成熟，产品质量可靠，能源可用率达95%以上；风力发电的经济性日益提高，发电成本较低，低于油电和核电，如果计及煤电的环境保护及交通运输等投资，风电成本也低于煤电；风力风电场建设工期短，单台机组安装方便；投资规模灵活易操作。
五、风力发电存在的问题及前景
我国的风力发电在发展的过程也暴露了许多问题。如新产品未经严格考核就上批量、上工程，造成浪费。目前我国发电机组制造企业有50多家，多数是引进技术未经认真消化吸收就急于批量生产，由于风电机组市场需求发展很快，新产品组装后未经严格考核，就有企业找上门来订货，生产企业为了占领市场就急于扩大生产上批量，上工程，出现产品质量问题就不断进行维修，有的还需反复吊装更换零件，长时间不能正常运行，设备效益难以发挥，同时造成人力物力大量浪费。其次是重复引进，同水平竞争，风险加大。随着风电的快速发展风电机组市场需求增长很快，有实力的装备制造企业，蜂拥进入风电机组的开发。新进入的企业缺乏经验和自主研发能力，急于进入，多数为引进许可证生产，国外雷同机型多家引进，造成国内企业在同一水平上机型竞争。最后，我国风电的技术标准和规范不健全，包括风机制造、检测、测试、关键零部件生产及电场入网等相关标准亟需建立和完善。
根据我国风电发展预测，到2020年底全国总装机规模达到12000万kw，到2050年底，全国风电总装机规模达到50000万kw，风电规模化发展，使各项技术经济指标进一步增强。风电企业的竞争能力和盈利能力明显增强。2020年以后化石燃料资源减少，火电成本增加，风电具备市场竞争能力，发展更快。2030年水电资源也大部分开发完，海上风电进入大规模开发时期，很可能形成东电西送的局面。风电以其良好的环境效益和逐步降低的发电成本，必将成为本世纪中国的重要电源。
六、结束语
风力发电具有既能保证能源的有序利用，又能战胜全球气候变化，更有利于全球的环境资源保护的优点。通过对我国风能资源及利用状况的调查，我国的风能开发和利用已经进入一个崭新时期，尤其是小型风机的生产和应用已经相当广泛，效果也非常不错，并且前景非常广阔。我们要充分有效地利用风能这种可再生、无污染、环保节净的自然资源，通过致力于风力发电的技术创新与科研开发，使我国的风力发电得到长足发展，使风电在我国得到更加广泛的应用。我国把握机遇，加快能源结构调整。在积极实现火电、水电、核电及潮汐能源、生物能源等多种能源发展过程中，实现风能服务于人类的特殊使命。
参考文献
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作者简介：
黄加明（1967-），男，湖北黄石人，副教授，电气工程师，主要从事电气自动化专业教学。
作者：黄加明
摘要：风能作为最具商业化前景的可再生能源，正得到大规模的开发和利用，风力发电相关技术也取得了显著的进步。文章综述了目前风力发电及其技术的发展与应用情况，对风力发电的若干技术问题进行了较详细深入的介绍，最后介绍了风力发电技术发展趋势及前景，为更好地了解国内外风力发电的现状及推广提供参考。
关键词：风力发电；原理；应用
引言
风能的利用已有数千年的历史，在蒸汽机出现之前，风力机械一直是动力机械的一大支柱。其后随着煤、石油、天然气等能源的大规模开发，风力机械由于成本高、效率低、使用不便等，逐渐被淘汰。1973年石油危机之后，世界上许多发达国家和发展中国家开始寻求化石能源的替代能源，风能的开发利用又重新被重视起来。国际上经过30多年的科技创新和进步，近年来风电产业已成为发展最快的产业，年平均增长率超过30%。 第一章 风力发电的理论概述 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风很早就被人们利用--主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何利用风来发电。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[1]。
1 风力发电的工作原理
把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。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，大约是每秒三米的微风速度（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，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。
风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮（包括尾舵）、发电机和铁塔三部分。 风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只（或更多只）螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料（如碳纤维）来制造。 由于风轮的转速比较低，而且风力的大小和方向经常变化着，这又使转速不稳定；所以在带动发电机之前，还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱，再加一个调速机构使转速保持稳定，然后再联接到发电机上。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率，还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。 铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。它一般修建得比较高，为的是获得较大的和较均匀的风力，又要有足够的强度。铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况，以及风轮的直径大小而定，一般在6-20米范围内。 发电机的作用，是把由风轮得到的恒定转速，通过升速传递给发电机构均匀运转，因而把机械能转变为电能。
2风力发电的优势
使用风力发电机，就是源源不断地把风能变成我们家庭使用的标准市电，其节约的程度是明显的，一个家庭一年的用电只需20元电瓶液的代价。而现在的风力发电机比几年前的性能有很大改进，以前只是在少数边远地区使用，风力发电机接一个15W的灯泡直接用电，一明一暗并会经常损坏灯泡。而现在由于技术进步，采用先进的充电器、逆变器，风力发电成为有一定科技含量的小系统，并能在一定条件下代替正常的市電。山区可以借此系统做一个常年不花钱的路灯；高速公路可用它做夜晚的路标灯；山区的孩子可以在日光灯下晚自习；城市小高层楼顶也可用风力电机，这不但节约而且是真正绿色电源。家庭用风力发电机，不但可以防止停电，而且还能增加生活情趣。在旅游景区、边防、学校、部队乃至落后的山区，风力发电机正在成为人们的采购热点。无线电爱好者可用自己的技术在风力发电方面为山区人民服务，使人们看电视及照明用电与城市同步，也能使自己劳动致富。 （3）风力发电的潜力。从各地区发展来看，截止到2009年12月31日，中国风电累计装机超过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（2788.1MW）、辽宁（2425.3MW）和吉林（2063.9MW）。内蒙古2009年当年新增装机5545.2MW，累计装机9196.2MW，实现150%的大幅度增长。
中国新能源战略开始把大力发展风力发电设为重点。按照国家规划，未来15年，全国风力发电装机容量将达到2000万至3000万千瓦。以每千瓦装机容量设备投资7000元计算，根据《风能世界》杂志发布，未来风电设备市场将高达1400亿元至2100亿元。 中国风力等新能源发电行业的发展前景十分广阔，预计未来很长一段时间都将保持高速发展，同时盈利能力也将随着技术的逐渐成熟稳步提升。2009年该行业的利润总额将保持高速增长，经过2009年的高速增长，预计2010、2011年增速会稍有回落，但增长速度也将达到60%以上[2-3]。
3风力发电的若干技术问题
（1）风电质量
自然风速的大小和方向是随机变化的，风能具有不稳定性。如何使风力发电机的输出功率稳定是风力发电技术的一个重要的问题。迄今为止研究人员已提出了多种改善风电质量的方法。如上所述，采用变速控制技术可以利用风轮的转动惯量平滑输出功率。但是由于变速风力发电机组采用电力电子装置，当它将电能输送给电网时会产生电力谐波并使功率因素恶化。因此，为了满足在变速控制过程中良好的动态特性，并能使发电机向电网提供高品质的电能，发电机和电网之间的电力电子接口应实现以下功能：①在发电机和电网上产生尽可能低的谐波电流；②具有单位功率因素或可控制的功率因素；③使发电机输出电压适应电网电压的变化；④向电网输出稳定的功率；⑤发电机电磁转矩可控。
此外，当电网中并入的风力发电容量达到一定程度，会引起电压不稳定，特别当电网发生短时故障时，电压突降，风力发电机组无法向电网输送能量，最终由于保护动作切出电网。在风能占较大比重的电网中，风力发电机组的突然切出会导致电网不稳定。因此，用合理的方法使风力发电机组的电功率平稳具有非常重要的意义。风力发电对电网的不利影响可以运用储能技术来改善。
（2）解决并网型风力发电系统中的电能质量问题
利用超导储能装置（SMES） 解决并网型风力发电系统中的电能质量问题。通过采用基于GTO的双桥结构换流装置， SMES可以在四象限灵活地调节有功和无功功率， 为系统提供功率补偿， 跟踪电气量的波动[4]。充分利用SMES有功无功综合调节能力， 可以降低风电场输出功率的波动， 稳定风电场电压， 提高系统的稳定性。
（3）结构和空气动力学
在机械方面，通过结构动力学的研究，改进设计，避免或减少由于风的波动而引起的有害机械负荷，减少部件所受的应力，从而减轻有关部件及机组整体的重量，进一步降低成本。改进机械结构的另一个动向是采用新型整体式驱动系统，集主传动轴、齿轮箱和偏航系统为一体，这样就减少了零部件数目，同时增强了传动系统的刚性和强度，降低了安装、维护和保养的费用。
目前，风力机的桨叶叶型多采用美国空军的标准系列叶型NACA系列或63系列，此种叶型具有较好的动力性能。但是，由于风轮的工况与飞机机翼的工况不同，风轮上的风速分布不均匀，造成风轮的径向受力不均。风轮在旋转过程中，当转到上方与下方时，受力不同，交复变化，以及风速风况的不稳定等，是引起风力机振动的主要原因；而叶尖处的空气扰动是产生噪音的主要原因。降低上述因素的不利影响将是风电界技术人员深入探讨的课题。
（4）风电场建设
风电场建设应注意解决的主要问题包括：①加强风能资源的区域勘察及重点风能调查。风力资源的优劣直接影响风力发电量，从而影响发电成本。在同样条件下年均风速6m/s的风电场发电成本比615m/s的下降8%左右，715m/s的下降14%左右，8m/s的下降近30%。因此，认真作好风能资源的勘察非常重要。②风电场场址选择。一般需要综合考虑建设区内风资源类别、交通路况、建设区内有否鸟类迁徙路线或者鸟类迁徙目的地、周边建筑物分布及电网构成等因素。③复杂地形条件下，风流风向的分布分析及风机的选点和选型。④风电场建设的工程设计和施工[5]。
4风力发电技术发展趋势及前景
2010年《可再生能源法》的颁布实施，以及“十二五”规划纲要中节能减排政策及制度的确立，为我国风电行业的发展提供了难得的契机，风电步入了快速发展时期。为了更有效、更大规模地利用风电，将来风力发电技术将呈现以下发展态势。
（1）单机容量向大容量发展
目前商业化主流机型都以MW级为主，单机容量可达5MW以上。美国、英国和丹麦等国正在研制10MW的巨型风力发电机。预计未来10年，将会有容量更大的巨型风力发电机面世。
（2）海上发电发展迅速
相对于陆上风力发电，海上风力发电优势更为明显：发展空间几乎没有限制，可节约大量的土地资源；海上的风能资源远比陆上丰富，风速更高，发电量将显著提升；风切度小，可有效降低机组塔架高度，海上风电建设成本更低；海平面摩擦力小，作用在机组上的荷载小，机组使用寿命可长达50年；噪聲、鸟类、景观以及电磁干扰等问题对海上风电影响小；对生态环境基本无影响，绿色环保。目前许多国家都制订了大规模开发利用海上风能计划，欧盟在该领域处于绝对优势地位，占全球海上风电装机容量的90%；中国华能集团新能源公司拟2011年下半年投资60亿元在江苏大丰C4国家潮间带建立300MW风能项目，届时将成为世界上装机规模最大的海上风电场，每年将产生约7.4亿kW·h的清洁能源。
定桨矩、恒速恒频向变桨距、变速恒频的发展，在高风速下，变桨距调节可维持输出功率稳定，有效减小机组承受的荷载，确保机组安全运行，延长机组使用年限；变速运行可使机组在风速改变时适时调整转速并保持最佳，可实现风能利用率最大，具有适应能力强、发电效率高以及运行费用低等诸多特点[6]。
（3）前景展望[7]
石油和煤炭都是不可再生的能源，这些以矿产资源存在于自然界的能源日益减少。而且，世界人口平均每12年增加10亿，到2011年10月31日，世界人口总数达到了70亿。煤炭、石油和天然气基础储量可供开采年限分别是162年、40年和65年。使用可再生能源，寻找替代能源是当代人的任务，也是今后几代人将为之奋斗的一件大事。
5 结论
文章基于风能作为最具商业化、最具有前景性的可再生能源，以后一定会得到大规模的开发和利用，同时，对应的要求风力发电核心技术也得一步步提升。但在风力在电能质量控制方面，还得进一步研究分析。文章综述了目前风力发电及其技术的发展与应用情况，对风力发电的若干技术问题进行了较详细深入的介绍，最后介绍了风力发电技术发展趋势及前景，为更好地了解国内外风力发电的现状及推广提供参考。
参考文献
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[7] 冯宾春，邢占清，杨锋，等.风力发电技术发展动态[J].中国水利水电科学研究院学报，2009，7（3）：193-198
作者：王德宏
【摘 要】与水平轴风力发电机组相比，垂直轴风力发电机组在叶片设计方法、安全性、环境保护、发电效率、经济效益、结构、维护等方面具有系列优点。技术因素和经济因素是制约垂直轴风力发电机组发展的两大因素。基于广阔的市场空间和已经取得的技术进步，在政策引导和经济杠杆的积极推动下，垂直轴风力发电机组将呈现广阔的发展前景。
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【关键词】垂直轴风力发电机组;优点;影响因素;发展前景
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1 引言
风轮的旋转轴垂直于地面或者来流方向的风力发电机组称为垂直轴风力发电机组。其主要的特征是旋转轴垂直于地面，风轮旋转平面与风向平行。由于一定的经济与技术原因，目前国内风电场所使用的大型风力发电机组中，绝大部分是水平轴风力发电机组。随着风能开发力度的不断加大，垂直轴风力发电机组相关技术研发及其应用正日益受到重视，成为风电装备制造领域和风电开发应用的重点课题。
2 与水平轴风力发电机组相比，垂直轴风力发电机组具有系列优点
2.1 支撑叶片设计的方法相对科学
目前，支撑水平轴风力发电机组叶片设计的主要是动量-叶素理论，Glauert法和Wilson法是其常用的方法。但由于叶素理论忽略了各叶素间的流动干扰，在应用相关理论设计叶片时，忽略了翼型的阻力，导致计算结果不准确，虽然这种简化对于叶片外形设计影响较小，但对风轮风能利用率的影响却比较大。同时，由于风轮各叶片之间的干扰非常强烈，整个气流较复杂，如果只依靠叶素理论，很难获得精确的結果。
随着计算流体动力学（CFD）的技术快速发展，目前的CFD技术完全能够在计算机上模拟复杂外形下的复杂流动，如叶片的激波运动和强度、流动的分离、表面压力分布、涡的生成与传播、受力大小以及力的变化等，都可以通过计算机运算并形象地在屏幕上显示出来。运用CFD方法设计垂直轴风力发电机组的叶片，其精度远比叶素理论高得多;同时，在CFD技术的实际应用方面，对Darrieus式H风轮，叶片的每个截面都相同，这样就可以简化为二维模型，使计算网格数大大下降。
2.2 安全性较高
①安全性。根据空气动力学及工作原理，垂直轴风力发电机组可分为阻力型和升力型两类。阻力型主要是利用空气流过叶片时所产生的阻力作为驱动力，而升力型则是利用空气流过叶片时所产生的升力作为驱动力。垂直轴风力发电机组的叶片有Φ式、H式、S式、平板摆转式、风杯式等，相比于水平轴风力发电机组的三叶片，垂直轴风力发电机组的叶片有良好的气动外形，轻便灵活、安全稳定，主要受力点集中于轮毂，因此，叶片不容易脱落、断裂和飞出。②抗风能力。垂直轴风力发电机组采用了水平旋转和三角形双支点设计原理，使其减小受风的压力，有的可以抵抗45m/s的强台风。③制动装置。为了抵御强台风，风力发电机需要具备制动刹车功能。垂直轴风力发电机组配置机械手动及电子自动制动两种制动装置，能有效地降低风机在强风速时的振动，提高安全性和可靠性。
2.3 更环保
随着越来越多的大型风电场的建立，一些由风力发电机组引发的环保问题也逐渐凸显出来，包括噪声和对当地生态环境的负面影响，但垂直轴风力发电机组在这方面表现相对较佳。
①噪声。垂直轴风力发动机组的叶片应用CFD技术设计以及采用了水平面旋转的方法，能使噪声降低到在自然环境下监测不到的程度。②对当地生态环境影响。水平轴风轮的叶尖速比一般为5～7，在这样的高速下，叶片切割气流将会产生很大的气动噪声，这将导致很多鸟类难以生存，民居、城市公共设施等成为风电布局的禁区。而垂直轴风轮的叶尖速比则比水平轴的小得多，一般是在1.5～2，基本上不产生气动噪声，达到了静音的效果，完全可以避免上述问题的出现。
2.4 发电效率和经济效益更高
①回转半径更小，发电特性较佳。得益于垂直轴风力发电机组的设计结构和运转原理，在保持相同功率的情况下，其回转半径可以做到更小，既节省空间，又提高了效率。相关的风洞实验表明，Darrieus式H型风轮机的起动风速只需2m/s即可，远低于水平轴风力发电机组的起动风速。另外，垂直轴风力机发电功率曲线上升幅度较平缓，在5～8m/s风速范围内，其发电量比其他类型的风力发电机组高10%～30%。
②利用风速范围较宽，风能利用率较高。垂直轴风力发电机组采用了特殊的控制原理，把适合运行的风速范围扩大到2.5～25m/s，使它在最大限度利用风力资源的同时，获得更大的发电总量，提高了风电设备的经济效益。中国空气动力研究与发展中心曾做过相关的风洞实验，实测小型水平轴风力发电机组利用率为23%～29%。而通过CFD模拟的结果来看，垂直轴风轮的风能利用率比水平轴的高，国外有机构通过实验也表明，垂直轴风轮机的风能利用率在40%以上。
2.5 结构更合理，维护更方便
①疲劳寿命长。水平轴风力发电机组的叶片具有展向长、弦向短的特点，在旋转过程中，受到气动力、惯性力、弹性力和重力等的综合作用，属于交变载荷;同时，剧烈的振动也会加速叶片材料的疲劳，减小其使用寿命。垂直轴风轮的叶片则不同，在旋转过程中的受力情况比水平轴好得多，所受到的惯性力与重力相对恒定，因此，其疲劳寿命要比水平轴的长。②结构相对简单，可以适应不同方向的来风。垂直轴风力发电机组可以接受任意方向的来风，具有利用风能的自适应性，因此，它不需要安装对风专用的偏航装置，既降低了机组成本，又可以减少风轮对风时的陀螺力，提高了系统的安全可靠性。③抗形变能力较强。水平轴风力发电机叶片呈悬臂梁形状，展向较长，叶片容易发生弯曲和扭转变形，这些变形会使气动力发生改变，当气动力与机械振动相互作用时，会引起叶片颤动，当叶片的颤动十分强烈时，会直接导致叶片破坏。而垂直轴风力发电机组的叶片形状相当部分是片状结构，空气动力性能优越，轻便灵活，转速也比较低，叶片不容易发生弯曲及扭转变形，因此，使用寿命更长。④安装维护方便。水平轴的发电机放置于几十米，甚至上百米的高空，对发电机的安装维护检修都极不方便，而垂直轴的发电机、传动机构及控制机构等布置在风轮的下部或地面上，利于安装维护，方便检修。
3 制约垂直轴风力发电机组发展的主要因素
3.1 技术因素
影响垂直轴风力发电机组发展的技术因素主要有：
①垂直轴风轮中的空气流动相对复杂。垂直轴风轮中的空气流动属于典型的严重分离非定常流动，比水平轴风轮中的空气流动复杂得多，不再适合用叶素理论来进行分析和设计，而目前主要依赖CFD技术来设计。目前，CFD技术可以比较精准地模拟分析复杂外形下的气体流动情况，但仍待进一步完善和发展。这在一定程度上阻滞了垂直轴风力发电机组的研发和应用步伐。②一些技术难点亟须突破。首先，叶片翼型须根据空气动力学原理进行设计，当它与叶片安装攻角、风轮适度等机械因素维持特定的匹配的组合时，风机效率才高;偏离越多，则风机效率衰减就越明显。其次，即使风轮机械因素处于最佳组合状态，风力发电机也不一定能获得最佳的发电效率，而只有发电机的功率扭矩曲线和风轮的最佳功率扭矩曲线相同时，才能获得最佳的发电效率。最后，风轮可以在任意转速下旋转，要达到最佳功率的输出效果，还必须控制转速，使其工作在最佳的功率输出状态。因此，要使垂直轴风力发电机组获得最佳的效率并非易事，需解决的关键技术较多。例如，垂直轴风力发电机组的攻角控制就比较麻烦：由于其攻角在风轮旋转时不断变化，即使风速不变，只要叶片相对于圆周的位置不同，攻角也就不相同，因此，叶片控转机构需要有很高的灵活性和可靠性，而目前用于控制的數学模型还不成熟，尚无真正的应用案例。
3.2 经济因素
当前，我国的大型风电场主要分布在平坦的内陆地区，如新疆、内蒙古等地区以及东南沿海，这些地区的大型风力发电机组大都采用兆瓦级的大型水平轴风力发电机组。一是由于大型水平轴风力发电机组的技术研发积淀深厚，具有较为丰富的应用管理经验;而大中型垂直轴风力发电机组开发应用史较短，布局较少，仅布局于贵州等少数内陆地区。二是水平轴风力发电机组在现有技术条件下，具有较佳的性价比，基于企业利益的最大化和急功近利的心理，相当部分的风电开发企业和风电装备制造企业会选择水平轴大型风力发电机组作为研发和投资方向;大型垂直轴风力发电机组则由于其专项制造加工较复杂、控制系统可靠性要求较严苛、研发成本较高等原因而受到了抑制。
4 垂直轴风力发电机组的发展前景
4.1 垂直轴风力发电机组的优点与其市场需求终将融合
相对于水平轴风力发电机组，垂直轴风力发电机组具有无须对风向、无噪声、安全可靠性高、结构简单、维护方便等优点，特别适合应用于内陆地区风电资源的开发;而广大的内陆地区，特别是城市和乡村的道路两旁边、建筑物楼（房）顶等都是布局中小型垂直轴风力发电机组的理想场所。但目前相应的市场几乎是空白的，这其中自然蕴藏着巨大商机。伴随相关技术的进步与成熟，垂直轴风力发电机组的优点与其市场需求终将融合，开启垂直轴风力发电机组应用的广阔前景，成为未来风力发电机组研发的一个重要方向。
4.2 政策引导和资金扶助成为垂直轴风力发电机组技术研发应用的助推剂
在西欧的一些国家，小微型垂直轴风力发电机组已经广泛应用于乡村屋顶，一些大中型的垂直轴风力发电机组也开始应用于山地和近海地区。我国的风能资源丰富，人口相对稠密，在广大城乡居民聚集区域，推广应用中小微型垂直轴风力发电机组具有积极的现实意义。可以预见，随着国家对垂直轴风力发电机组研发和应用推广的扶持力度加大，在政策引导和经济杠杆的作用下，垂直轴风力发电机组必将呈现出生机勃勃的发展势头。
4.3 垂直轴风力发电机组的相关理论及技术成果喜人
随着计算机技术的快速发展，计算流体动力学也得到了飞速的发展，从最初的小扰动速势方程，再到欧拉方程及更加复杂的N-S方程，尤其是进入21世纪以后，CFD已经可以通过计算机的数值计算和图像显示，对流体流动系统作出准确的分析，为垂直轴风力发电机组的研究提供了有力的技术支持。目前，可以采用微处理器控制叶片不同位置的摆角，根据功率要求和风向与风速来调节叶片的摆角，使叶片在各个位置都能产生最大的转矩。采用这种技术的达里厄风力发电机组，其效率完全可以达到水平轴风力发电机组的水平。
目前，相关理论研究和技术研发也取得一些喜人的成果。例如，陈兴华等以垂直轴磁悬浮风力机的支撑结构为研究对象，运用动力学仿真软件，建立了垂直轴磁悬浮风力机主轴结构跌落仿真模型，为磁悬浮支承结构的保护装置的改进与优化提供了理论参考依据。朱煌秋等结合磁通切换电机单位体积内气隙磁密大的优点，设计了一个三极混合磁轴承作为支承结构的发电机。理论与试验结果表明，该发电机实现了低风速启动，提高了风能转换效率。吴文凯等提出一种基于磁悬浮技术的小型垂直轴微风发电单元的设计方案。相关装置采用了主动磁悬浮支承技术，有效降低了机械摩擦，进而降低了发电机的启动风速。基于目前的垂直轴风力发电机的风翼板只是做简单的循环周期转动，风翼板与竖直轴方向的夹角是固定不变的，因此，其受风区域和有效面积受到了很大限制，王锦亚等提出了一种可将风翼板的迎风区域和背风区域进行周期性变换的新型可变翼风力发电机，达到了提高风能利用效率的目的。山东中泰新能源集团有限公司成功研发出50～100MW特大型垂直轴风力发电装置，是垂直轴风力发电机组研发领域中令人鼓舞的一个尝试。
5 結语
随着国家系列政策和资金扶持力度的加大和企业科研责任意识的提高，与垂直轴风力发电机组相关的研发氛围将愈发浓厚和活跃，其优势和潜能将得以释放，其潜在的市场将得到规模化的开发，系列喜人成果将陆续涌现并得以推广应用。垂直轴风力发电机组的发展和应用必将迎来春天。
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作者： 林毅贞 伍玩秋 潘新宇
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。中国风能储量很大、分布面广，风力发电产业迅速发展，成为继欧洲、美国和印度之后的全球风力发电主要市场之一。
从2003年到2010年，中国风电装机容量快速增长，累计装机容量从2003年末的56.7万千瓦增加到了2010年的突破4000万千瓦。中国正逢风电发展的大好时机，风电设备市场需求增加。除了风电设备整机需求不断增加之外，叶片等风电设备零部件的供给能力仍不能完全满足需求，市场需求潜力巨大。风机叶片是风能技术进步的关键核心风力机部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。中国风机叶片行业的发展是伴随着风电产业及风电设备行业的发展而发展起来的。由于起步较晚，中国风机叶片最初主要是依靠进口来满足市场需求的。随着国内企业和科研院所的共同努力，中国风机叶片行业的供给能力迅速提升。
目前，中国风机叶片市场已经形成外资企业、民营企业、研究院所、上市公司等多元化的主体投资形式。外资企业主要有GE、LM、GAMESA、VESTAS等，国内企业以时代新材、中材科技、中复连众为代表。截至2009年底，中国境内的风电叶片厂商已经超过了60家。国内兆瓦级风电叶片生产厂商已有不下40家，形成了数个生产规模在1000套以上的寡头，行业集中度显著增强。
2010年以来，我国风电产业发展势头依然迅猛，风电叶片投资呈现平稳增长的良好发展势头。中航惠腾、时代新材、中材科技、东方电气等设备厂商争相发力国内风电叶片市场，产能持续提升，市场规模不断扩大。
叶片是风电部件中确定性较高、市场容量较大、盈利模式清晰的行业。随着供需紧张形势的缓解，风电叶片行业也将随之发生从群雄混战到几强争霸的转变，我国风电叶片产业正在经历一场行业性的洗牌整合。随着风电叶片市场规模的扩大，成本和售价都将下降，但具备规模、技术和成本优势的企业成本下降速度将超过售价降低速度，盈利超过平均水平。未来的行业竞争格局要求厂商规模扩大、成本降低、并在技术上保持一定优势。
中投顾问发布的《2012-2016年中国风电叶片市场投资分析及前景预测报告》共六章。首先介绍了风电叶片的组成部件、工作原理、设计规范、生产工艺等，接着全面分析了风电叶片行业发展面临的政策环境、经济环境、社会环境及行业环境。然后具体介绍了风电设备产业和风电叶片行业的现状，最后细致分析了国际、国内重点风电叶片生产企业的经营状况。您若想对风电叶片市场有个系统的了解或者想投资风电叶片制造，本报告是您不可或缺的重要工具。
风力发电的预测及前景随着全球经济的发展，风能市场也迅速发展起来。随着技术进步和环保事业的发展，越来越受到世界各国的重视。作为一种清洁能源，风力发电不会产生温室气体排放，对环境无害，而且风力发电机在30年的使用期内几乎不用维修，也无需添加燃料，具有许多其它发电方式无法比拟的优势.虽然风力发电有这么多的优点，但是采用目前的技术建造这样一座发电场，费用相对昂贵。比如海上风力发电厂，除了需要庞大的水上发电网络，还要配备与陆上电网联接的各种辅助设施，在前期建设时需要大量资金投入.目前，科学家正在努力解决这些难题，以降低海上风力发电的成本。在我国，现在已有不少成功的中、小型风力发电装置在运转。我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更
问题一：通过新疆某风力发电厂2009年一整年采集的数据，预测该厂未来
的年发电量。
问题二：根据你的预测分析，谈谈你对未来我国风力发电前景的看法。
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。
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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
引言：我国是一个风能资源比较丰富的国家据探明风能理论储量为32.26亿kW，而陆地可开发利用风能为2.53亿kW，近海可利用风能为7.5亿kW，居世界前列.随着我国经济的持续快速增长，对能源的需求与传统化石能源对环境污染的矛盾越来越突出，发展新 的清洁可再生能源成为解决矛盾的有效方法.在目前许多新能源的开发利用中，风力发电凭借其技术的优势和单机容量的高速增长使得风能成为目前世界上增长速度最快最具有竞争力的可利用新能源。[1]本文主要介绍风电场并网对电力系统的影响。
一、对调峰、调频与备用的影响
大规模风电并网的重要制约因素是电网可为风电提供的调峰能力，必须利用全网的调峰、调频能力进行统一平衡，时，常规机组减少出力为风电提供空间。电接入电网功率。风电的反调峰特性，例如，东北电网受冬季火电机组供热影响，反调峰特性，使得系统调峰异常困难，进入制风电出力，最多时限制近
二、对电压与无功功率控制的影响风电机组类型不同，无功功率特性差异很大。早期的风电场多采用的是固定转速风电机组—异步发电机，吸收系统无功且无功不可控，功控制。风机的无功功率不可控，必然导致电压忽高忽低，无功补偿装置频繁投切。风电对系统的电压要求很高(电压偏差不得超过应用的变速风电机组—双馈异步电机和直驱风电机组在1.0，不向系统吸收无功，解决了部分无功电压问题，但不具备恒电压调节能力。区域性无功电压调节问题还需要通过安装SVC等动态无功补偿装置、输电通道动态无功补偿设备以及频繁投切的低容低抗来实现。[5]风电功率波动影响主网潮流分布，同时电压波动使无功补偿设备频繁投切。风电场的利用小时数很低一般在电场送出线路长时间会处于轻载状态，电压必然偏高，低抗将长时间投入运行。
三、对电能质量的影响有相当一部分风电机组直接并入配电网，由此带来的电能质量问题尤为突出。电压波动和闪变：风力发电机组大多采用软并网方式，但是在启动时仍会产生较大的冲击电流。当风速超过切出风速时，乎同时动作，这种冲击对配电网的影响十分明显。都会导致风机出力的波动，而其波动正好处在能够产生电压闪变的频率范围之内(低于Hz)，因此，风机在正常运行时也会给电网带来闪变问题，影响电能质量。电给系统带来谐波的途径主要有两种。接和电网相连的固定转速风电机组，定的谐波，不过过程很短，发生的次数也不多，通常可以忽略。但是对于变速风电机组则不然，变速风电机组通过整流和逆变装置接入系统，谐波的范围内，则会产生很严重的谐波问题，逐步得到解决。另一种是风力发电机的并联补偿电容器可能和线路电抗发生谐振，行中，曾经观测到风电场出口变压器的低压侧产生大量谐波的现象。才能保证全额接受风电和电网安全稳定运行。风电功率具有不确定性，将导致负荷峰谷差增大，使得系统调峰异常困难。火电机组固有的调峰能力大为下降，2008 年冬季以后，多次因低谷调峰问题被迫限400 MW。[6]
需后期改造以配备相应的补偿装置来进行无10%)，但它本身就是一个无功干扰源。目前普遍—永磁同步机能够保证风机功率因数AVC 等系统手段来实现。风电场提高电压控制手段一般通过2 100～2 400 h，机组出力小于额定功率
如果整个风电场所有风机几不但如此，风速的变化和风机的塔影效应一种是风力发电机本身配备的电力电子装置。软启动阶段要通过电力电子装置与电网相连，如果电力电子装置的切换频率恰好在产生随着电力电子器件的不断改进，当风电功率增加5%的概率最大，所以风[6]谐波污染：风这一问题也在
[4][2]
[5]25 对于直会产生一在实际运系统调峰裕度必须大于风加之风电的风机会从额定出力状态自动退出运行。
四、 对发电计划与调度的影响
风能的不可控性使得对风电不可能像对其他传统电源一样可以进行可靠预测。风电场并 网以后，电网的可用调峰容量减去用于平衡负荷波动的备用容量后，剩余的可用调峰容量都能够用于为风电调峰，但如果整个电网可用于风电的调峰容量有限，则风电场的实际运行就会受到一定的限制，在电网无法完全平衡风电场的功率波动时，需要限制风电注人电网的功率。[4]由于当前我国电网中风电的比例不高，因此在电网调度工作中一般不把风电纳入电网调度.且由于尚未开展风电功率预测的研究与应用，因此风电功率的波动对于电网而言完全是随机的，最严重的情况就等于整个风电装机容量大小的风电功率在短时间内的波动，虽然发生这种情况的概率较小，但是在实际运行中仍无法排除发生这种情况的可能性由于系统需要有与风 电场额定容量相当的备用容量，在风停时替代风电场，这使得风电上网成本增加。 目前，我国相关省区电网调度根据风由各省自行平衡，基本上不安排风电的发电调度计划。
结语
随着气候的变迁，环境的恶化资源的短缺发展新的清洁可再生能源已成为一种趋势合理地开发和利用风能成为解决矛盾的一种方法，的成果，对我国电网进一步的改造和开发新技术以支撑风电的大规模并网.的快速稳步发展。
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2010
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电场实际发电出力对网内其他电厂出力进行调整， 年第 ，
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。
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