第1章 绪论

1.1 风力发电发展概况

随着经济的快速发展，能源消费的逐年增加，常规能源资源面临日益枯竭的窘境，人类迫切需要一些清洁、无污染、可再生的新能源。在目前众多可再生能源与新能源技术开发中，风力发电有着自身独特的优势，在可再生绿色能源开发领域中占有突出的地位，具有重要的开发利用价值，受到世界各国的普遍重视。

充足的能源、洁净的环境是经济持续发展的基础条件。人类早在远古时代便开始利用风能，最初是将风能转换成机械能，19 世纪末，丹麦建成全球第一台风力发电装置，随后美国、苏联也相继开始各种风力发电机的研制和开发。二战前后，由于能源需求量增大，不少国家相继开始注意风力发电，风力发电的理论逐渐系统化。美国于 1941 年建造了一台 1.25MW 的大型风力发电机组。20世纪70年代，世界范围内连续出现的两次石油危机极大地刺激了风力发电的发展。此时，丹麦已研制出55～630kW的系列化风力发电机组。80 年代，以美国为首的西方各国开始着手实施以风力发电为中心的节能计划，各国都为风力发电提供了许多优惠政策，这些都促使了风力发电高速发展。90年代，随着世界环境的不断恶化，环保呼声日益高涨，各国更加注重发展风力发电技术，在科学技术的强有力推动下，风力发电技术的发展令人瞩目。

风能的开发和利用在欧美发达国家发展非常迅速，风力发电的技术也日趋成熟。我国对现代风力机的研制可以追溯到20世纪50年代，但有系统地研究还是从70年代开始的。从80年代中期开始，我国从国外引进了一些大、中型风力发电机组并入电网。1986年山东荣城市建成中国第一个风电场，年均发电量33万kWh，以后相继在福建平潭、广东南澳岛、新疆达坂城及内蒙古朱日和等地建立风电场。我国在风电场的建设、运行、管理等方面都取得了许多成功经验，初步具备了规模性开发建设风电的能力和条件。

进入20世纪90年代以来，我国风电发展势头强劲，年平均增长速度在20%以上，成为我国发展速度最快的能源工业。我国历年风电装机容量及预测如图1-1所示。但是，我国安装的大部分大型风力发电机组是从国外进口的，这种状况严重地制约了我国民族风电产业的健康发展，成为影响我国风电规模化持续发展的潜在障碍，改变这种状况的根本途径就是要实现我国大型风力发电机组的国产化。国家计划委员会于1996年3月制定了“乘风计划”，以风力发电机的国产化来带动风电场建设的产业化，该计划旨在采取技贸结合的形式，引进国外先进技术，通过消化吸收，达到具备自主开发、自行设计和制造大型风力发电机的能力。

我国对现代并网型风力发电机的研究工作始于20世纪80年代。从第六个五年计划开始，国家将风能的开发利用列入科技攻关计划。在“六五”、“七五”、“八五”、“九五”和“十五”计划期间，国家计划委员会和国家科学技术委员会分别组织了综合性风能科技攻关，内容涉及风力资源、风力机空气动力学、结构动力学、电机、控制和材料等。在风电机组的开发研究中，我国自行研制出20kW，30kW，75kW，120kW，200kW，600kW和1MW风力发电机组。

目前世界上有几十种型号的大型风力发电机组处于商业运行中，大体可分为四种类型：第一种为双绕组定桨距恒速机型，以Bounsl，Bouns2，Nordex60和Nordex66为代表；第二种为变滑差变速机型，主要代表机型有Vestas V63，Vestas V66，Vestas V80；第三种是采用双馈发电机转差励磁方案，实现变速变距运行的机型，主要代表机型有DeWind公司的DeWind D6、D9，Tacke公司的TW—1.5，TW—2.0和Nordex80；第四种是采用直接驱动的永磁发电机，直接采用交—直—交功率变换系统送电，如德国Enercon E66，意大利Gamma 60型等。当前国外大型风电机组的发展趋势是单机容量越来越大，机组运行越来越可靠，而维护量越来越小。

从国内外近几年风电产业发展看，随着风电产业的不断发展，风力发电机组控制技术也在不断进步，以满足其自身对风速变化、成本、环境及稳定运行等各方面的要求。

风力发电机组主要发展趋势见表1-1，箭头方向代表了目前主流机型的技术路线。主要包括以下方面：

（1）变桨距调节方式迅速取代失速调节方式。从目前市场情况看，变桨距调节方式能充分克服失速调节不能充分利用风能的缺陷，得到了迅速的应用。

（2）变速运行方式迅速取代恒速运行方式。由于变速运行方式能够最大限度地利用风能，提高风力发电机的运行效率，因而被广泛采用。

表1-1 风力发电机组的发展趋势