國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)課件

課程教學目標歷史、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢：興趣、重要性；結(jié)構(gòu)組成、基本原理：入門、基礎知識；運行特性、基本理論：為繼續(xù)深造打基礎。1國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)風力機發(fā)展簡史古代風力機風能，是人類最早使用的能源之一。最初的古代風力機是一種簡單的垂直軸風力機，公元644年波斯人制造了立軸式磨面用風力機，圖1為古代風力機。2國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)圖１古代風力機3國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)以后又發(fā)展了一種水平軸風力機，它的風輪具有十根梁，其間用張線固定，每根梁上有一塊小帆布。至今在江蘇一帶還可見到竹木帆布結(jié)構(gòu)的風力機。這種風力機在農(nóng)田灌溉和鹽池提水方面仍起到重要作用。4國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)中世紀風力機到公元11世紀，在中東古代風力機應用很廣泛。到13世紀，這種風力機傳到了歐洲。到14世紀，荷蘭率先改進了古代風力機，并廣泛利用這種改進后的風力機為萊茵河三角洲的沼澤地和湖泊抽水。中國宋朝是風力機的全盛時期，當時流行著垂直軸天津風車。5國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)在16世紀，荷蘭先后建造了當時的第一個制油廠、第一個造紙廠以及鋸木廠，這些都是利用風力機作動力的。1745年荷蘭人發(fā)明了旋轉(zhuǎn)機頭并獲專利，應用在荷蘭風力磨坊。到19世紀中葉，在荷蘭有9000臺傳統(tǒng)風力機在運行，圖2為中世紀傳統(tǒng)風力機。6國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)圖2中世紀傳統(tǒng)風力機

7國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)8國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)在產(chǎn)業(yè)革命期間，由于蒸汽機的出現(xiàn)，荷蘭的風力機利用開始走下坡路。到20世紀，荷蘭只有2500臺風力機在運行。到1960年，仍在運行的風力機不到1000臺。美國中西部的多葉式風力提水機，在十八世紀末曾多達數(shù)百萬臺。9國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)歐洲(特別是荷蘭和比利時)使用的荷蘭式風力機?，F(xiàn)有900臺左右，一部分作為游覽用在運行，大型的有直徑超過20米的機組。10國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)葉片由金屬做成、風輪直徑3－5m、功率500－1000W，

11國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)近現(xiàn)代風力機在19世紀末，丹麥擁有3千臺工業(yè)用的風力機和3萬臺用于家庭和農(nóng)場的風力機。1890年丹麥的皮·拉庫爾研制成功了風力發(fā)電機，1908年丹麥已建成幾百個小型風力發(fā)電站。自20世紀初至60年代末，一些國家對風能資源的開發(fā)，尚處于小規(guī)模的利用階段。12國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)從20世紀50年代到60年代，中國研制了十幾種風力發(fā)電機，最大的已超過30千瓦。從60年代開始研制的小型風力提水機，有30種不同型號，對我國開發(fā)利用風能起到了積極作用。13國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)200W濃縮風能型風力發(fā)電機14國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)500W風力發(fā)電機組（商都牧機有限責任公司）

15國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)國名額定功率kW額定風速m/s葉輪直徑m葉輪轉(zhuǎn)速r/min葉片數(shù)塔高m投運年份蘇聯(lián)10010.530303301931美國125013.553.326233.51941-1945英國10015.2515.31303

1954英國10013.524.495.42301955丹麥2001524303241957表1國際上1970年以前研制的100kW級及以上的風力發(fā)電機組16國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)國名額定功率kW額定風速m/s葉輪直徑m葉輪轉(zhuǎn)速r/min葉片數(shù)塔高m投運年份西德100834422241957-1968法國13212.521.2563

1958法國80016.730.247.3332.31958-1962英國10018.515.275310.71959法國10001735

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1963表1國際上1970年以前研制的100kW級及以上的風力發(fā)電機組17國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)隨著大型水電、火電機組的采用和電力系統(tǒng)的發(fā)展，1970年以前研制的中、大型風力發(fā)電機組因造價高和可靠性差而逐漸被淘汰，到20世紀60年代末相繼都停止了運轉(zhuǎn)。但是，這一階段的試驗研究表明，這些中、大型機組一般在技術(shù)上還是可行的，它為20世紀70年代后期的風電技術(shù)大發(fā)展奠定了基礎。18國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)1973年，國際上出現(xiàn)了石油危機，不少國家面臨能源短缺的困境，為此提出了能源多樣化發(fā)展戰(zhàn)略，因而風能的研究和開發(fā)工作又重新得到了重視。美國、荷蘭、丹麥、英國、德國、日本、蘇聯(lián)、加拿大等國都對大力開發(fā)風能制定了規(guī)劃，制定了采取扶持資助的鼓勵性政策和法規(guī)。中國也開始重視風能的研究和開發(fā)。19國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)1980年以來，國際上風力發(fā)電機技術(shù)日益走向商業(yè)化。主要機組容量有300kW、600kW、750kW、850kW、1MW、2MW。1991年丹麥在Vindeby建成了世界上第一個海上風電場，由11臺丹麥Bonus450kW單機組成，總裝機4.95MW。20國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)隨后荷蘭、瑞典、英國相繼建成了自己的海上風電場。截止到2004年底，全球風力發(fā)電總裝機為47000MW，離岸風力發(fā)電總裝機為620MW,占總裝機到了13.2%。21國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)目前，已經(jīng)具備離岸風力發(fā)電設備商業(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風能，德國的Nordex、Repower、Pfleiderer/Prokon和德國著名的Enercon公司。風力發(fā)電機大型化、巨型化趨勢十分明顯。22國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)200/50kW風力發(fā)電機（意大利RivaCalzoni公司）110kW風力發(fā)電機（德國Ventis公司）23國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)兆瓦級風電機組的研究與開發(fā)現(xiàn)在世界上風電機組在兆瓦級技術(shù)上早已形成主流，如美國為1.5MW，丹麥為2.0－3.0MW。另外，4.5MW風電機組也已經(jīng)在2004年漢諾威世博會上亮相，目前Repower的風機型號是最大的，其5MW風機風輪直徑達126m。24國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)Enercon在德國安裝了第五代樣機為4.5MW，風輪直徑達112m。已經(jīng)有3種超過3MW的風機投入商業(yè)化，新一代兆瓦級風機的樣機已經(jīng)進入測試階段(4.5MW-5MW)。25國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)

2MW風力發(fā)電機組（丹麥Vestas公司）26國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)。

德國Enercon公司首臺E-126/6MW風力發(fā)電機樣機于2007年11月在德國的埃姆登安裝完成。

27國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)。德國Repower公司研制的5MW的風電機組也已經(jīng)在試驗成功，目前已經(jīng)在愛爾蘭海上安裝運行28國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)Multibrid半直驅(qū)型（混合型）5MW機組也已試運行29國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)。海上風電場發(fā)展30國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)丹麥哥本哈根海上風電場31國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)ＲＥＰＯＷＥＲ公司32國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)美國加州風電場33國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)國內(nèi)風力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀自1986年建設山東榮成第一個示范風電場至今，經(jīng)過近22年的努力，風電場裝機規(guī)模不斷擴大。截止2007年底，全國已建成158個風電場，累計安裝風電機組6469臺，裝機規(guī)模已達5,906MW（590萬kW）。2007年當年新增容量3,304MW（330萬kW）中，內(nèi)資企業(yè)生產(chǎn)的風電機組所占市場份額已達56%，首次超過了外資。但是累計容量內(nèi)資企業(yè)占45%。34國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)1995年新疆建成了國內(nèi)第一座兆瓦級風電場。浙江運達風力發(fā)電工程有限公司與丹麥BONUS公司合作生產(chǎn)120kW風力發(fā)電機，獨立開發(fā)200kW、250kW風力發(fā)電機，國產(chǎn)化率達90%以上，擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)；1999年西安維德風電設備有限公司與德國公司組建合資公司組裝了600kW大型風力發(fā)電機組，并已經(jīng)安裝在遼寧營口風電場并網(wǎng)發(fā)電運行；浙江華儀風能開發(fā)有限公司與金風科技公司合作進行大型風力發(fā)電機組整機制造，已具有成熟的600kW風力發(fā)電機組制造技術(shù)。當時市場上的主導產(chǎn)品已發(fā)展到600kW機組。35國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)

進入21世紀以后，風力發(fā)電技術(shù)進入快發(fā)展期，通過與國外公司合作，750kW機組的商品化開發(fā)和兆瓦級機組的相關(guān)技術(shù)正在進行攻關(guān)和實驗研究，沈陽工業(yè)大學風能技術(shù)研究所一直致力于開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大型風力發(fā)電機組，于2005年開發(fā)成功1MW機組，7月投入試運行，并合資成功開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的1.5MW風力發(fā)電機組；36國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)上海電氣風電設備有限公司與德國Aerodyn公司聯(lián)合設計具有自主知識產(chǎn)權(quán)的2MW風力發(fā)電機組；哈爾濱哈飛威達風電設備有限公司和芬蘭Winwind公司合資，生產(chǎn)1MW和3MW變槳變速并網(wǎng)型風力發(fā)電組；東方汽輪機廠與德國REpower公司合作進行1.5兆瓦MD70和MD77型風力發(fā)電機組整機設計。同時，在“十五”期間，中國的風電場和并網(wǎng)風電得到迅速發(fā)展，如：內(nèi)蒙古、新疆、遼寧、寧夏、上海等地風電場和風電設備的發(fā)展。其中內(nèi)蒙古赤峰大唐、輝騰錫勒風電場發(fā)展成為規(guī)模最大風電場。37國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)2007新增裝機容量：內(nèi)資企業(yè)占56%,首次超過外資企業(yè)38國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)2007累計裝機容量：內(nèi)資企業(yè)占45%39國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)

從收集到的47個2006年底前建成的風電場，2007年的上網(wǎng)電量數(shù)據(jù)，初步推算出12個省的平均年等效滿負荷小時數(shù)。統(tǒng)計中的風電場多采用進口的成熟機組，上網(wǎng)電量主要受風能資源的影響。40國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)2007年部分省區(qū)

風電場上網(wǎng)電量（小時數(shù)）和單機容量平均值

省區(qū)省場數(shù)等效滿負荷小時數(shù)容量系數(shù)單機（kW）裝機（萬kW）河北423730.278858.8內(nèi)蒙719330.2277039.0遼寧913250.1571521.7吉林419310.2279817.8上海216510.1913562.4浙江113440.156092.13福建520000.239868.9山東317280.208816.5廣東616000.1856620.7海南114170.164830.87甘肅217370.2078612.7新疆424010.2765416.7

12個省4717870.2079115841國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)我國兆瓦級風電機組歷年裝機容量統(tǒng)計國內(nèi)兆瓦級風電機組的研究與開發(fā)42國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)國產(chǎn)化兆瓦級風電機組歷年裝機容量統(tǒng)計43國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)序號企業(yè)名稱兆瓦級風電機組裝機容量（MW）1華銳679.52東汽222.03金風74.44上海電氣22.55常牽新譽9.06湘電8.07華創(chuàng)3.08海裝2.09南車時代1.6510明陽1.511惠德1.02007年內(nèi)資制造商兆瓦級風電機組裝機容量44國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)華銳1.5MW風電機組東汽1.5MW風電機組上海電氣1.25MW風電機組國內(nèi)兆瓦級風電機組45國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)國內(nèi)兆瓦級風電機組南車時代1.65MW風電機組海裝2MW風電機組46國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)國內(nèi)兆瓦級風電機組惠德1.0MW風電機組明陽1.5MW風電機組47國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)金風62/1200風力發(fā)電機組

生產(chǎn)廠家：新疆金風科技股份有限公司

48國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)技術(shù)參數(shù)額定功率：1200kW葉輪直徑：62m額定風速：12m/s切出風速（10分鐘均值）：25m/s葉片數(shù)量：3個葉輪轉(zhuǎn)速：11-20rpm掃風面積：3019m2旋轉(zhuǎn)方向(從上風向看)：順時針控制單元類型：PLC主剎車系統(tǒng)：葉片順槳實現(xiàn)氣動剎車偏航速度：0.5度/秒塔架高度：67米

49國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)海上風電機組的的研究與開發(fā)發(fā)展海上風電是國際上風電發(fā)展的一個方向。世界上對海上風電的研究與開發(fā)始于20世紀90年代，經(jīng)過十多年的發(fā)展，海上風電技術(shù)正日趨成熟，并開始進入大規(guī)模開發(fā)階段。50國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)

GE3.6s風力發(fā)電機（公司名稱：GamesaEòl(fā)ica）51國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)

REpower5MW風力發(fā)電機（公司名稱：REpowerSystemsAG）52國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)風力發(fā)電機組技術(shù)的發(fā)展單機容量的發(fā)展過程Repower-5MW53國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)海上風電場一般都在水深10米、距海岸線10公里左右的近海大陸架區(qū)域建設。與陸上相比，海上風電機組必須牢固地固定在海底，其支撐結(jié)構(gòu)（主要包括塔架、基礎和連接等）要求更加堅固。所發(fā)電能需要鋪設海底電纜輸送，加之建設和維護工作需要使用專業(yè)船只和設備，所以海上風電的建設成本一般是陸上風電的2-3倍。54國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)海上風電場的優(yōu)點主要是不占用寶貴的土地資源，基本不受地形地貌影響，風速更高，風能資源更為豐富，而且運輸和吊裝條件優(yōu)越，風電機組單機容量更大，年利用小時數(shù)更高。根據(jù)國家氣象科學局估算，海上風能實際可開發(fā)量是陸地風能的3倍，在近海建設大型風電場，也是充分利用風能的重要途徑。55國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)與陸上風電場相比，海上風電場建設的技術(shù)難度較大。首先，海上風電場建設前期工作更為復雜，需要在海上豎立70米甚至100米的測風塔，并對海底地形及其運動、工程地質(zhì)等基本情況進行實地觀測；其次，海上風電場需要考慮風和波浪的雙重載荷，對風電機組支撐結(jié)構(gòu)的強度要求更高；56國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)第三，海上風電機組的單機容量更大，制造技術(shù)更復雜，對風電機組防腐蝕等要求更為嚴格；第四，海上氣候環(huán)境惡劣，天氣、海浪、潮汐等因素復雜多變，風電機組的吊裝、項目建設施工以及運行維護難度更大。57國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)目前，海上風電機組的平均單機容量在3MW左右，最大已達6MW。風電機組年利用小時數(shù)一般在3000小時以上，有的高達4000小時左右。全世界海上風電總裝機容量已達800MW，歐洲在開發(fā)海上風能方面依然走在世界前列，其中丹麥、英國、愛爾蘭、瑞典和荷蘭等國家發(fā)展較快。58國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)早在20世紀80年代，丹麥在探討海上風力發(fā)電的可行性時，得到的結(jié)論是：為了彌補海上風力發(fā)電的建設和輸電成本，必須采用1～2MW的大型風力機，而在當時尚不具備生產(chǎn)這樣大型風力機的能力。59國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)現(xiàn)在，3MW的風力機已經(jīng)在丹麥和其他國家的海上得到了應用，瑞索實驗室正在其位于西北日德蘭的試驗區(qū)域進行5MW風力機的研究。該試驗區(qū)域被劃分成5塊，以便風力機制造企業(yè)可以進行短期租用。60國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)2005年，在該試驗場的一塊年平均風速達到9米/秒的地方，建起了一座高165米，功率高達5MW的風力機，這說明風力機制造技術(shù)的發(fā)展越來越適應海上風力發(fā)電的實際情況。在HornsRevRedsand示范工程開展的地區(qū)，已經(jīng)按計劃保留了試驗場地，供開展大功率的風機研究。61國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)目前我國尚缺乏海上風電建設經(jīng)驗，海上風能資源測量與評估以及海上風電機組國產(chǎn)化剛剛起步，海上風電建設技術(shù)規(guī)范體系也亟需建立。62國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)近幾年來，我國在一些省區(qū)也開始進行海上風電場的前期建設工作。2006年年底，上海市東海大橋10萬kW海上風電場項目完成招標工作。2007年，中國首個經(jīng)國家發(fā)展改革委核準的海上風電場——上海東海大橋10萬kW海上風電場項目已經(jīng)開工建設，計劃于2009年建成投產(chǎn)。63國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望(新能源)東海大橋風電場項目總投入為30億元，未來預計發(fā)電量可達2.6億度，發(fā)電量可提供上海20多萬戶居民使用一年，對我國新能源領域的開發(fā)和利用意義非同尋常。2009年8月就調(diào)試并網(wǎng)發(fā)電，并于2010年基本建成。預計到2010年上海風電規(guī)劃總?cè)萘繉⑦_31萬千瓦，2020年達到100萬千瓦左右。目前東海大橋風電場岸上變電站已完工，3臺樣機已完成吊裝和靜態(tài)調(diào)試，海底電纜已敷設完成，正待電網(wǎng)2條110千伏輸電線路完工，預計