1.1 风能的开发利用

能源是人类社会存在与发展的物质基础。过去200多年，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系，极大地推动了人类社会的发展。然而，人们在物质生活和精神生活不断提高的同时，也越来越感悟到大规模使用化石燃料所带来的严重后果：资源日益枯竭，环境不断恶化。因此，人类必须寻求一种新的、清洁、安全、可靠的可持续能源系统。

风能是太阳能的一种转化形式，是一种不产生任何污染物排放的可再生的自然资源。

风能的开发利用已有数千年历史。在蒸汽机发明以前，风能就曾作为重要的动力，用于船舶航行、提水饮用、灌溉、排水造田、磨面和锯木等。在几千年前，埃及的风帆船就在尼罗河上航行。中国是最早使用帆船和风车的国家之一，至少在3000年前的商代就出现了帆船。

受化石能源资源日趋枯竭、能源供应安全和保护环境等因素的驱动，自20世纪70年代中期以来，世界主要发达国家和一些发展中国家都开始重视风能的开发利用。特别是自20世纪90年代初以来，现代风能最主要的利用形式——风力发电的发展十分迅速，世界风电机装机容量的年平均增长率超过了30%，从1993年的216万kW上升到2003年的4030万kW。

随着风能这一态势的发展，世界风电机的装机容量到2020年预计会达到12.45亿kW，发电量占世界电力消费量的12%。因此，风能将是21世纪最有发展前景的绿色能源，是人类社会经济可持续发展的主要新动力源。把风能转变为电能是风能利用中最基本的一种方式。风电是最具竞争力、最有发展前景的一项可再生能源技术，将在能源供应中发挥越来越重要的作用。研究风力发电技术将会对我国大型风力发电机组国产化及推动我国风力发电事业的不断发展有着重要意义。

1.1.1 风能的有关知识

大气压差是风产生的根本原因，风是随时随地可以产生的，它的方向不定、风力大小不同。在气象学上，把空气的不规则运动称为“紊流”，垂直方向的运动叫做“对流”，所以风特别强调相对于地面水平方向的运动。另外，风速是随高度的增加而变化的，地面上风速较低的原因是由于地表植物、建筑物以及其他障碍物的摩擦所造成的。风力除具有随机性及随高度增加而增大等特性外，其季节性变化的特点也很明显，日夜变化也有规律，使得风具有周期性、多样性和复杂性等特性。

以风能为动力的发电设备称为风力发电机组。从能量转换的角度来看，风力发电机组包括两大部分：一部分是风力机，由它将风能转换为机械能；另一部分是发电机，由它将机械能转换为电能。装有两台或多台并网型风力发电机组的发电站称为风力发电场，通常称为风电场。

1.1.2 风能的开发利用

能源、环境是当今人类生存和发展所需要解决的紧迫问题，随着人类社会的不断进步，能源和环境的作用、地位将越来越突出。常规能源以煤、石油、天然气为主，然而这些资源储备有限，而且使用这些资源造成的大气污染极其严重，仅依靠上述能源已不能适应世界人口和经济持续发展的需要，更无法解决当今世界20亿元电人口（世界银行统计）的用电问题。因此，对可再生能源的开发利用，特别是对风能的开发利用，已受到世界各国的高度重视。

风能是太阳能的一种转换形式，是取之不尽、用之不竭的，在其转换为电能的过程中，不产生任何有害气体和废料，不污染环境，具有就地取材、不需要运输等特点，因此受到世界各国政府的广泛重视。几乎所有的发达国家均将风能的开发利用列入本国21世纪最重要的任务。中国具有丰富的风能资源，可开发利用的地区占全国总面积的76%，在风场的开发利用、并网型风力发电机组的商业化开发等方面，近十几年已有长足的发展。经过几十年的发展，风力发电已成为当今能源中技术上、经济上最成熟的发电技术。