风力发电现状与发展

风力发电的现状和前景

许文 石沂东 刘博 高海松 冯东洋 （华北电力大学，河北，保定 071000）

摘要 本文主要针对我国还有世界的风力发电的发展历程进行了阐述, 文章首先介绍了全球风力发电的现状,分析了风力资源的能量总量和分布情况, 讨论了各国目前的装机容量, 并具体讨论了利用风能发电所涉及实际技术的产生与运用, 介绍了国内外使用风能的现状和发展趋势, 并对风电系统中所采用发电机的性能、风力发电系统的类型、风电系统中所采用发电机的性能与特点以及未来风力发电技术的发展趋势进行了详细深入的探讨，为更好地了解国内外风力发电的现状与前景提供了参考。

关键词 风能; 我国风能资源; 风能的开发和利用; 风电转换; 风力发电。

Advances and Perspectives in the Application of Wind

Energy

Xu Wen Shi Yidong Liu Bo Gao Haisong Feng Dongyang

North China Electric Power University

Abctract This paper explores the feasibility of extensive use of wind energy proposed by our country’s environmental protection organizations. Through introduction of the mechanism of wind energy and the total amount and distribution of wind energy resources in our country, and alternative direct application of wind energy is discussed. In the paper, the wind power generation and its relative technology are reviewed including performance and feature of generators applied in wind power generation system, and development tendency of future wind power generation technology, which providing references for well learning about the present status and development tendency of wind power generation at home and abroad.

Key words Wind power ; Exploration and application ; Transformation

能源问题是当今世界的重大问题之一。农村能源严重短缺（6）能源过度依赖进口。能源既是经济和社会发展的重要物质保障, 如果不改变现有的能源利用模式,中国将面同时能源消耗又会对环境产生巨大影响。70临着束缚经济发展的能源短缺和资源枯竭年代引发的世界石油危机使得越来越多的的严峻环境问题。中国已不再具备沿袭发达国家开始关注可再生能源的发展。80年代常国家以高能源消费和高资源消耗为支撑的规能源的过度消耗和环境污染问题的日益现代化道路的国际环境, 我国的可持续发展突出使得各国政府加大了对可再生能源的不仅受到国内资源和环境的严重制约, 而且研究和投入力度。进入90年代, 联合国全球面临全球环境容量空间限制的更严重的威环境与发展大会通过了《二十一世纪议程》, 胁。 可持续发展成为了当今世界发展的主流, 开在国际环境以及我国经济发展和能源发利用可再生能源成为世界能源可持续发后续共给不足的现实情况下, 为了维护我国展战略的重要组成部分。 的国际形象, 同时也为了国家的经济安全,

21世纪我国在能源问题上面临着如下 必须积极探索可再生能源的利用方法。风能挑战：（1）人均能源不足（2）能源分布不便是其中一个重要的组成。 均（3）能源构成不合理（4）人均能耗少（5） 1. 全球风电发展现状

1.1 美国

美国是目前世界上风电累计装机容量第一大国。在2007年美国风电产业又创下新的记录，并且一直保持强劲的势头，这一切得力于长期的税收减免措施。国会一直坚持这一政策，鼓励风电的发展。截止2007年，装机容量达到了16.818GW，占全球市场份额的17.9%，2007年新风电装机容量为5.244GW，占到全球份额的26.1%。

由于美国风电市场长期的税收减免的立法实施，促进了风电提前规划，提高了风能和其他可再生能源的市场竞争力，而且稳定的政策前景还带动了制造业的投资，促使风电产业的迅猛发展，形成了风能产业链。 1. 2 德国

2007年底，德国风电累计装机容量为22.247GW，占全球市场份额的23.6%；2007年新增电装机容量1.667GW，占全球市场份额的8.3%由于全球风电市场的增长，德国的风电设备制造和出口成稳定上升的趋势。长期来看，德国将受益于风电设备的制造和出口。①

德国在2000年以后依据《可再生能源法》使利用清洁能源的产生的电优先上网，可以让电网运营商以最低价购买到可再生能源发出的电，极大的刺激了德国国内对可再生能源的开发利用，促进了技术的进步和发电成本的降低。而且德国还优化了风价市场，有完善的制度和成熟的市场，让风电进入了较快的发展阶段。 1. 3 西班牙

根据统计数据，截止2007年底，西班牙风电累计装机容量达15.145GW，占全球市场份额的16.1%；在2007年还新增风电装机容量3.522GW，占了全球市场份额的17.5%。西班牙的风力得以迅速发展离不开国家的支持，所有的风电场将接入控制中心再接入可再生能源调度中心进行实时监控。此外，还出台了“西班牙气候变化和可再生能源战略”大大促进了风电市场的建设。 1.4 欧洲海上风电的发展

到2007年，欧洲已开发了25个近海风电项目， 这些项目多为大型项目，并全面进行商业化运营，总装机容量在1.1GW左

右，分布在丹麦、英国、荷兰、瑞典和爱尔兰5个国家。到2006年底，欧洲近海风电装机容量占欧洲风电总装机容量的1.8%，但其发电量占总风电量的3.3%。 欧洲风能协会就欧洲海上风电开发进行了规范，包括政策、市场、科技研发、风电上网、环境和规划5个方面，为欧洲未来的海上风能开发和利用铺平了道路

2. 中国风电发展情况

90年代开始我国政府开始逐步重视可再生能源的发展与利用, 出台了一系列相关的政策、规章等, 2006年1月1日我国第一部可再生能源法正式开始实施, 2007年我国政府出台了五年之内发展可再生能源的措施。

风能是我国《可再生能源中长期发展规划》中重点发展的可再生能源之一, 根据规划到2020年, 2015年全国风电规划装机9000万kw（含海上风电500万kw），2020年全国风电规划装机1.5亿kw (含海上风电3000万kw)。这一发展目标预示着, 在今后几年内, 我国风能将进入一个快速发展期。

中国风电产业发展势头强劲，其近几年来累计的新增装机容量如下图所示②。2009年中国风电累计装机容量2580万kW，仅次于美国的3506万kW; 风电机组装备与制造能力居全球第1。2010 年，全球每新安装3台机组，就有1台在中国; 仅隔1年，2010 年新增和累计风电装机容量双居全球第1位; 2020年的风电累计装机可达2. 3亿kW，相当于13个三峡水电站的规模，年总发电量约4 649亿kW·h，风电总装机容量占15%左右，可取代200个火电厂，减少CO2排放量4. 1亿t /a，节约标准煤近1. 5亿t /a，届时风电将成为中国主要能源来源之一，在节约资源、改善生态环境，促进社会、经济 和谐可持续发展中将做出巨大贡献。

截止2010年年底，中国累计装机超过100 万kW的省份超过10 个，超过200万kW的7个，内蒙古无论新增还是累计装机容量均位居全国第1，如表1所示②; 目前，中国正大力投资在甘肃、新疆、河北、蒙东、蒙西、吉林和江苏沿海建设七大“千万千瓦级”风电基地; 2010年6月，中国第1座千万kW级风电基地在甘肃酒泉正式竣工并投入运营，预计年上网达8. 58 亿kW，可节约标准煤30 万t /a，减少CO2排放量81 万t /a; 2010 年7 月，亚洲首座大型海上风电场———上海东海大桥海上风电场竣工投产，成为至今欧洲之外的第1 个大型海上风电场。

3. 风电发展的前景及趋势 3.1 风电发展前景

风电作为一种环保洁净的绿色能源，有着优化能源结构、改善生态环境、促进社会和经济可持续和谐发展等方面的优势，是未来电力能源发展的一个趋势。在今后的30 年间，风电在能源结构中的比重会不断扩大，成为未来满足电力需求的一个重要能源。表2、3 显示了未来几十年全球和中国风力发电的发展趋势。③

3.2 风电发展趋势

(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5 MW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; 噪声、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300 MW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。

(3) 定桨矩、恒速恒频向变桨距、变速恒频发展。

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。

(4) 双馈风电占主导，直驱式发展迅速。

双馈风力发电由于技术上的优势，仍是目前主流应用的风电机组类型，2009年全球新增风电机组中，双馈型风电机组占80% 以上，以丹麦Vestas公司的V80，V90 为代表的双馈型风电机组，在全球风电市场中所占的份额最大。无齿轮箱直驱式永磁风力发电机省去了齿轮箱、传动装置等部件，降低了系统的成本，大大减小了系统运行噪声，可靠性高，更便于维护。近些年直驱式风电发展迅速， 2009 年新增大型风电机组中，直驱式风电机组已超过17%。 (5) 采用新的叶片技术。

要提高风电机组单机容量，通常采用延长叶片长度和提高塔架高度来实现，但对于巨型机而言，运输和安装的难度及成本将大幅增加，使风电机组容量进一步增大受到限制。因此，特殊叶片的开发和研制日益引起重视，分段式叶片技术是很好的选择，能较好地解决运输和安装的问题。

( 6) 新型风力发电机开发和研制。

前面提及的无刷交流双馈异步电机、开关磁阻发电机和高压发电机，相对于传统发电机具有明显的优势，从降低成本、提高可

靠性以及便于维护而言，大力研制新型发电机也势在必行。

（7) 联网集中控制与管理。

风电一般大规模并列运行，对多个风电场或风电场中多个机组集中管理与联网控制势在必行。采用有线网络，布线铺设困难、成本高、占用空间，尤其当风电场规模扩大或改建时更为突出。风电场远程监控系统应基于无线局域网技术，能方便实现风电机组的联网管理，大大降低维护的难度和运行成本。④

(8) 智能化。

风电系统的智能化对风电机组的控制与检测技术、建模与仿真研究、风功率预测和管理技术、故障诊断及预警系统、风电资源的优化配置与调度等诸多技术指标均提出了新的高要求，是未来风电技术研究的热点之一。将先进传感器、传动系统与智能控制技术相结合的智能叶片技术，可快速适应风速变化，显著提高发电效率，有效减小叶片荷载，降低机组制造成本，提高了机组的可靠性和使用寿命; 智能偏导航系统，对风速及时、准确进行预测，使风轮迎风面始终与风向保持一致，风能利用率达到最大; 风电智能控制系统能实现风电资源的智能调度和优化配置，可对电网吸纳风电的能力进行实时评估，以此确定风电最大发电出力，获得最佳经济效益

(9) 恶劣气候环境下安全性的提高。

中国北方的沙尘暴、低温、冰雪、雷暴，东南沿海的台风、盐雾，西南地区的高海拔等恶劣气候环境对风电机组造成很大的影响，缩短了机组使用寿命。因此，在风电机组设计和运行时，必须具有一定的防范措施，以提高风电机组抗恶劣气候环境的能力，减少损失。 4. 结语

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。⑤ 参 考 文 献

1. 侯建朝，谭忠富，谢品杰，王绵斌。世界风能资源开发现状和政策分析及对我国的启示. 中国电力, 2008; 第41卷 第 9期 : 65—68.

2. 李俊峰，施鹏飞，高虎. 2010 中国风电发展报告．海

口: 海南出版社，2010: 3-24．

3. 李军军，吴政球，谭勋琼，陈波. 风力发电及其技术发展综述. 电力建设, 2011年8月 第 32卷 第8期 :64—72. 4. 魏伟． 风力发电及相关技发展现状和趋势［J］． 电

气技术，2008 (8) : 5-11

5. 解召辉. 风力发电的发展现状及前景. 新能源，2009年 第6期 ：53—55.