風(fēng)力發(fā)電概述

風(fēng)力發(fā)電概述

風(fēng)能利用的歷史風(fēng)是地球上的一種自然現(xiàn)象，它是由太陽輻射熱引起的。風(fēng)能是太陽能的一種轉(zhuǎn)換形式，是一種重要的自然能源。太陽照射到地球表面，地球表面各處受熱不同，產(chǎn)生溫差，從而引起大氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)形成風(fēng)。風(fēng)能利用已有數(shù)千年的歷史。在蒸汽機(jī)發(fā)明以前，風(fēng)帆和風(fēng)車是人類生產(chǎn)和生活的重要?jiǎng)恿ρb置。埃及被認(rèn)為可能是最先利用風(fēng)能的國家，約在幾千年前，他們就開始利用風(fēng)帆來幫助行船。波斯和中國也在很早就開始利用風(fēng)能，主要使用垂直軸風(fēng)車。我國至少在3000年前的商代就出現(xiàn)了帆船，到唐代，風(fēng)帆船已廣泛用于江河運(yùn)輸。最輝煌的是明代，14世紀(jì)鄭和七下西洋，龐大的帆船隊(duì)功不可沒。明代以后，風(fēng)車廣泛應(yīng)用，沿海一帶主要用于帆船和風(fēng)力機(jī)提水灌溉，制鹽。在歐洲到中世紀(jì)才廣泛利用風(fēng)能，荷蘭人發(fā)明了風(fēng)車。18世紀(jì)荷蘭曾用近萬臺(tái)風(fēng)車排水，在低洼的海灘上圍海造田，成為風(fēng)車之國。成為有名的農(nóng)用風(fēng)車，最多達(dá)到了600萬臺(tái)。隨著蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，以及煤，石油，天然氣的開采，風(fēng)力機(jī)無法和蒸汽機(jī)，內(nèi)燃機(jī)，電動(dòng)機(jī)等相競爭，逐漸被淘汰。到了19世紀(jì)末，開始利用風(fēng)力發(fā)電，特別是在20世紀(jì)70年代，利用風(fēng)力發(fā)電進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的時(shí)代。風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展

19世紀(jì)末，丹麥人首先研制了風(fēng)力發(fā)電機(jī)，并于1891年建成了世界第一個(gè)風(fēng)力發(fā)電站。但是由于技術(shù)方面的原因，風(fēng)力發(fā)電一直沒有成為電網(wǎng)中的電源。1973年石油危機(jī)以后，美國，西歐等發(fā)達(dá)國家為了尋找替代化石燃料的能源，開始投入大量的經(jīng)費(fèi)，研制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，并于20世紀(jì)80年代初開始建立示范風(fēng)電場，開始了并網(wǎng)發(fā)電的新時(shí)期。到了90年代，對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求日益嚴(yán)格，風(fēng)力發(fā)電更加受到重視。經(jīng)過20多年的研究開發(fā)，世界風(fēng)力發(fā)電取得了引人注目的成就。下表是1983年以來世界風(fēng)電發(fā)展的情況。1983--2004年世界風(fēng)電發(fā)展情況及

2004年累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)最多的10個(gè)國家（萬千瓦）風(fēng)力資源的特點(diǎn)：

1蘊(yùn)量巨大；據(jù)估計(jì)到達(dá)地球的太陽能中雖然只有大約2％轉(zhuǎn)化為風(fēng)能，但其總量仍是十分可觀的。全球的風(fēng)能約為2.74X109MW，其中可利用的風(fēng)能為2X107MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。2可以再生；3分布廣泛；4沒有污染，綠色環(huán)保；5密度低；6不穩(wěn)定；7地區(qū)差異大中國的風(fēng)能資源分布

1．三北（東北、華北、西北）地區(qū)豐富帶，風(fēng)能功率密度在200～300瓦/米2以上，有的可達(dá)500瓦/米2以上，如阿拉山口、達(dá)坂城、輝騰錫勒、錫林浩特的灰騰梁等、可利用的小時(shí)數(shù)在5000小時(shí)以上，有的可達(dá)7000小時(shí)以上。這一風(fēng)能豐富帶的形成，主要是由于三北地區(qū)處于中高緯度的地理位置有關(guān)。

2．沿海及其島嶼地豐富帶。年有效風(fēng)能功率密度在200瓦/米2以上，將風(fēng)能功率密度線平行于海岸線，沿海島嶼風(fēng)能功率密度在500瓦/米2以上如臺(tái)山、平潭、東山、南鹿、大陳、南澳、馬祖、馬公、東沙等。可利用小時(shí)數(shù)約在7000-8000小時(shí)，這一地區(qū)特別是東南沿海，由海岸向內(nèi)陸是丘陵連綿，所以風(fēng)能豐富地區(qū)僅在海岸50km之內(nèi)，再向內(nèi)陸不但不是風(fēng)能豐富區(qū)，反而成為全國最小風(fēng)能區(qū)，風(fēng)能功率密度僅50瓦/米2左右，基本上是風(fēng)能不能利用的地區(qū)。3．內(nèi)陸風(fēng)能豐富地區(qū)，在兩個(gè)風(fēng)能豐富帶之外，風(fēng)能功率密度一般在100w/m2以下，可以利用小時(shí)數(shù)3000小時(shí)以下。但是在一些地區(qū)由于湖泊和特殊地形的影響，風(fēng)能也較豐富，如鄱陽湖附近較周圍地區(qū)風(fēng)能就大，湖南衡山、安徽的黃山、云南太華山等也較平地風(fēng)能為大。但是這些只限于很小范圍之內(nèi)，不像兩大帶那樣大的面積，特別是三北地區(qū)面積更大。青藏高原海拔4000m以上，這里的風(fēng)速比較大，但空氣密度小，如在4000m的空氣密度大致為地面的67%，也就是說，同樣是8m/s的風(fēng)速，在平原上風(fēng)能功率密度為313.6w/m2，而在4000m只為209.9w/m2，而這里年平風(fēng)速在3~5m/s，所以風(fēng)能仍屬一般地區(qū)。浙江地區(qū)風(fēng)能資源及發(fā)展現(xiàn)狀浙江位于我國的東部沿海，海域廣闊，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，風(fēng)速隨地形變化風(fēng)能明顯，資源豐富。全省0m高層風(fēng)能資源理論儲(chǔ)量8,300萬千瓦。其中陸地風(fēng)能資源理論儲(chǔ)量2,100萬千瓦，海岸到近海20m等深線以內(nèi)海域風(fēng)能資源理論儲(chǔ)量6,200萬千瓦。浙風(fēng)電項(xiàng)目成本偏高。浙江省經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，人多地少，導(dǎo)致土地資源緊缺且土地征用費(fèi)非常高，有些項(xiàng)目為內(nèi)地部分風(fēng)電場的十倍以上。另外浙江省勞力成本較內(nèi)地省份高，也導(dǎo)致了項(xiàng)目開發(fā)運(yùn)行成本偏高。風(fēng)能資源的分布不佳導(dǎo)致風(fēng)電項(xiàng)目相關(guān)的道路建設(shè)、交通運(yùn)輸?shù)荣M(fèi)用也高于其他省份。同時(shí)浙江省的風(fēng)力資源主要集中在沿海海域和海島等地區(qū)，這些地區(qū)受臺(tái)風(fēng)等氣象災(zāi)害影響較大。災(zāi)難性天氣直接導(dǎo)致風(fēng)電場設(shè)備修理、維護(hù)費(fèi)用高于國內(nèi)其他地區(qū)。省內(nèi)風(fēng)電企業(yè)規(guī)模偏小，產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定。風(fēng)力發(fā)電是一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)，同樣也具有規(guī)模效應(yīng)。中國風(fēng)電企業(yè)排名位列前五的分別為維斯塔斯、金風(fēng)科技、四川風(fēng)瑞、GAMESA、GE能源集團(tuán)，其中沒有浙江企業(yè)。目前國內(nèi)風(fēng)電設(shè)備的采購主要采用公開國際招標(biāo)的方式，招標(biāo)方對(duì)投標(biāo)方的資質(zhì)要求很高。在同國外風(fēng)電制造商以及國內(nèi)大型風(fēng)電企業(yè)的競爭中，浙江的風(fēng)電企業(yè)均處于劣勢。由于大訂單不足，難以進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)，導(dǎo)致各配套生產(chǎn)企業(yè)投入有限，部件質(zhì)量難以控制，從而影響到整機(jī)的質(zhì)量穩(wěn)定性。風(fēng)力機(jī)的分類按照功率輸出的大小分為小型（10KW以下）；中型（10KW—100KW），大型（100KW以上）；結(jié)構(gòu)形式多種多樣，大體上可以分為;水平軸風(fēng)機(jī)，垂直軸風(fēng)機(jī)；Φ型垂直軸風(fēng)機(jī)單葉水平軸風(fēng)機(jī)根據(jù)功率的控制，可以分為三種：失速控制風(fēng)機(jī)（定槳）；變槳距控制風(fēng)機(jī)和主動(dòng)失速控制2葉水平軸風(fēng)機(jī)垂直軸風(fēng)機(jī)3葉水平軸風(fēng)機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組成結(jié)構(gòu)

1主機(jī)架2主軸3輪轂4葉片5葉片支承6齒輪箱7齒輪箱扭力臂8盤式制動(dòng)器9發(fā)電機(jī)10萬向聯(lián)軸器11液壓單元12偏航馬達(dá)13偏航減速器14扭纜傳感器15頂部控制器風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的種類

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可以分為兩類1離網(wǎng)型風(fēng)電系統(tǒng)（獨(dú)立的風(fēng)電系統(tǒng)）又分為：a獨(dú)立的風(fēng)電系統(tǒng)（一般100W—10Kw的下小型機(jī)組）b風(fēng)力-柴油機(jī)發(fā)電聯(lián)合系統(tǒng)（10Kw—200Kw的風(fēng)電機(jī)組）c風(fēng)力—太陽能發(fā)電聯(lián)合系統(tǒng)一般才用太陽能電池方陣（10Kw—200Kw的風(fēng)電機(jī)組）2并網(wǎng)型風(fēng)電系統(tǒng)一般單機(jī)容量在200Kw以上，或者多臺(tái)聯(lián)網(wǎng)形成風(fēng)電場。并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的組成：2.1發(fā)電機(jī)異步電機(jī)特點(diǎn)：堅(jiān)固耐用，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜；但是運(yùn)行時(shí)必須外加無功利磁電流，消耗無功功率。需要電容組或電網(wǎng)提供無功。同步電機(jī)特點(diǎn)：發(fā)電機(jī)不僅可以提供有功功率，而且可以提供無功功率，但是它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的種類

2.2軟啟動(dòng)器主要有晶閘管和控制器組成。作用是降低并網(wǎng)時(shí)的電流沖擊，減小并網(wǎng)時(shí)的電壓下降；減小發(fā)電機(jī)和齒輪箱的機(jī)械沖擊。2.3電容器組主要是提供無功補(bǔ)償作用，增加電壓的穩(wěn)定性，減少電網(wǎng)的額外損失。2.4變頻器變頻器是一種功率電子元件，它可以很方便地把頻率不同的電力系統(tǒng)連接起來。一般來說，變頻器都包含了絕緣珊雙極晶體管IGBT（InsulatedGateBiopolarTransisters）.IGBT的特點(diǎn)是具有很高的開關(guān)頻率，可以高達(dá)10KHz。使用變頻器的意義：可以調(diào)控頻率；可以調(diào)控?zé)o功功率，提高供電質(zhì)量。風(fēng)電場的選址

風(fēng)電場的選址，需要綜合考慮多方面的因素。包括風(fēng)能資源的評(píng)估，風(fēng)機(jī)與電網(wǎng)的連接，機(jī)組設(shè)備的運(yùn)輸與安裝，地形地貌，和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素。A 風(fēng)能資源的評(píng)估：1年平均風(fēng)速；一般來說，只有年平均風(fēng)速大于6m/s的地區(qū)才適合建設(shè)風(fēng)場。2年平均風(fēng)能密度；這和空氣密度以及風(fēng)速有關(guān)，在青藏高原，風(fēng)速很高，但是空氣密度小，所以風(fēng)能密度也小，不適于裝風(fēng)機(jī)。3年有效風(fēng)速時(shí)間（小時(shí)數(shù)）：有效風(fēng)速時(shí)間大于2000小時(shí)；6—20m/s風(fēng)速時(shí)數(shù)在500—1500小時(shí)，該地區(qū)具有安裝風(fēng)機(jī)的資源條件；4主要風(fēng)向分布；風(fēng)機(jī)進(jìn)可能安裝在盛行風(fēng)向比較穩(wěn)定，季節(jié)變化比較小的地方；4湍流強(qiáng)度；湍流會(huì)減少發(fā)電機(jī)的功率輸出，會(huì)使整個(gè)發(fā)電機(jī)發(fā)生機(jī)械振動(dòng)，湍流嚴(yán)重時(shí)可能損壞整個(gè)發(fā)電機(jī)；5自然災(zāi)害；主要考慮強(qiáng)風(fēng)，冰雪，煙霧等因素。

廠址選擇應(yīng)考慮的因素1盡可能靠近電網(wǎng)；2交通方便；3地形地質(zhì)；4地理位置，遠(yuǎn)離地震帶，火山頻繁暴發(fā)區(qū)。遠(yuǎn)離人口密集區(qū)；5盡量減少對(duì)環(huán)境的不利影響。主要是對(duì)飛禽的傷害，以及對(duì)草原的環(huán)境破壞。B風(fēng)電機(jī)組的排列風(fēng)電機(jī)組的排列主要和風(fēng)向和發(fā)電機(jī)組的數(shù)量，場地的實(shí)際情況有關(guān)。由于風(fēng)通過葉輪以后，風(fēng)速會(huì)下降并且產(chǎn)生湍流，要經(jīng)過一定的距離后才能恢復(fù)。理想條件下，在主風(fēng)向上，風(fēng)機(jī)布置得越遠(yuǎn)越好，，以減少風(fēng)機(jī)之間的影響，但是這會(huì)增加電纜長度和費(fèi)用，并且占用較多的土地資源。指導(dǎo)原則是，在盛行風(fēng)向上機(jī)組之間相隔5—9倍的風(fēng)輪直徑，在垂直于盛行風(fēng)向上要求機(jī)組間隔3—5倍的風(fēng)輪直徑。風(fēng)電場的運(yùn)行和維護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組日常運(yùn)行工作主要包括：1通過中控室的計(jì)算機(jī)，監(jiān)視各個(gè)機(jī)組的各項(xiàng)參數(shù)變化以及運(yùn)行狀態(tài)，并按規(guī)定填寫風(fēng)場運(yùn)行日志；2當(dāng)發(fā)生異常變化或者遇到故障時(shí)及時(shí)處理，并做好記錄；3定期巡視檢查；風(fēng)力機(jī)的維護(hù)與檢修（Eulikind主要做質(zhì)保期內(nèi)的維護(hù)和檢修）1正常維護(hù)指運(yùn)行人員平時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行的檢查，調(diào)整，注油潤滑，清理，以及臨時(shí)故障的檢查，分析和處理。2定期檢修（具體參照技術(shù)文件ES00010，檢修手冊(cè)）定期檢查是按照Gamesa的工藝規(guī)定進(jìn)行。主要對(duì)以下部件進(jìn)行檢查：葉片，輪轂，葉片軸承，變槳機(jī)構(gòu)，主軸，齒輪箱，聯(lián)軸器，發(fā)電機(jī)，機(jī)架，塔筒，偏航系統(tǒng)，液壓站，螺栓力矩；控制系統(tǒng)檢測；功能檢查：葉片變槳的各個(gè)參數(shù)設(shè)定；速度控制性能；超速保護(hù)性能等；風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展趨勢

1單機(jī)容量增大在過去的20年里，風(fēng)力發(fā)電機(jī)典型裝機(jī)容量已經(jīng)從50KW發(fā)展到1500KW。目前商業(yè)化機(jī)組的容量達(dá)到了3.6MW。REpower公司已經(jīng)開發(fā)出了5MW，葉輪直徑為126米的風(fēng)機(jī)。一些新的復(fù)合材料和新技術(shù)也應(yīng)用在大型風(fēng)機(jī)的制造中。大型風(fēng)機(jī)更適合于濱海風(fēng)電場。在人口密集的國家，隨著陸地風(fēng)場的利用殆盡，濱海風(fēng)場在未來的風(fēng)能開發(fā)中將占越來越重要的份額。GE3.6MW風(fēng)機(jī)

風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展趨勢2塔架高度的提高 在地處平坦地帶的風(fēng)機(jī)，在50米高度捕捉的風(fēng)能要比30米高處多20%3控制技術(shù)的發(fā)展，變頻恒頻成為主流 低速交流變頻發(fā)電機(jī)的研發(fā)與運(yùn)行—無齒輪箱直接驅(qū)動(dòng)型發(fā)電機(jī)。該風(fēng)機(jī)采用了低速多極交流發(fā)電機(jī)，在葉輪和發(fā)電機(jī)之間不需要安裝增速箱。這種發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子外圓以及定子內(nèi)經(jīng)大大增加，軸向長度則很短，呈圓環(huán)狀。系統(tǒng)采用IGBT變頻器。該種機(jī)型的優(yōu)點(diǎn)：由于不采用齒輪箱，減少了齒輪箱的傳動(dòng)損失和發(fā)生故障的概率；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和葉輪轉(zhuǎn)速相同且隨風(fēng)速變化，風(fēng)輪可轉(zhuǎn)換更多的風(fēng)能；總體重量減輕，所以風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)減輕，基礎(chǔ)費(fèi)用也可降低，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用也低。無變速箱風(fēng)機(jī)4海上風(fēng)力發(fā)電迅速發(fā)展

由于海上風(fēng)速大并且比較穩(wěn)定，風(fēng)速約比沿岸高出25%，且海面粗糙度小，湍流小，具有穩(wěn)定的主風(fēng)向。大型風(fēng)機(jī)在海面上比較容易運(yùn)輸和安裝。一般陸上風(fēng)場平均設(shè)備利用小時(shí)數(shù)為2000小時(shí)；好的可以達(dá)到2600小時(shí)。在海上則可以達(dá)到3000小時(shí)以上。為了便于浮吊施工，海上風(fēng)場一般建在水深為3—8米處。同容量裝機(jī)，海上比陸上成本增加60%（海上基礎(chǔ)占23%，線路占20%，陸上僅各占5%），電量增加50%以上。目前，歐洲海上風(fēng)機(jī)已經(jīng)有16個(gè)，裝機(jī)301臺(tái)，總?cè)萘?20MW。海上風(fēng)場中國小型風(fēng)力機(jī)應(yīng)用發(fā)展八十年代中后期，我國的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)已形成了規(guī)?；a(chǎn)的能力，在內(nèi)蒙古等偏遠(yuǎn)地區(qū)推廣小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)近二十萬臺(tái)，到1990年在丹東召開全國風(fēng)力機(jī)械行業(yè)協(xié)會(huì)成立大會(huì)時(shí)，會(huì)員單位有五十多家。但由于沒有適時(shí)建立產(chǎn)品質(zhì)量檢測體系和市場監(jiān)督機(jī)制，致使大批低質(zhì)量低價(jià)的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)涌入市場，導(dǎo)致產(chǎn)品的成本與市場價(jià)格錯(cuò)位，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的企業(yè)失去了市場，也喪失了產(chǎn)品更新?lián)Q代和進(jìn)一步研發(fā)的能力。加上產(chǎn)品的售后服務(wù)體系沒建立，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品大面積出現(xiàn)質(zhì)量問題，用戶對(duì)小風(fēng)機(jī)產(chǎn)品失去了信心，市場急劇萎縮，從而使整個(gè)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造行業(yè)全面萎縮。按全國風(fēng)力機(jī)械行業(yè)協(xié)會(huì)2000年對(duì)全國小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品銷售量的統(tǒng)計(jì)，全國共銷售小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品12670臺(tái)套，其中300w以下的產(chǎn)品12000臺(tái)套，并且是低質(zhì)低價(jià)的產(chǎn)品為主，工業(yè)產(chǎn)值不足2000萬元，不及一個(gè)中小企業(yè)的年產(chǎn)值。存在問題與原因分析目前我國小型風(fēng)力發(fā)電之所以出現(xiàn)這種局面，我們認(rèn)為主要原因如下：

一、對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)難度認(rèn)識(shí)不足

1992年美國宇航局曾發(fā)表過一篇文章，說明美國宇航局和波音公司由于對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)難度估計(jì)不足，而導(dǎo)致為軍方研制的便攜式小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)失敗，文章中主要提到小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)研制上的困難在于：

1、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)所面對(duì)的自然環(huán)境極為惡劣，由于風(fēng)受地面粗糙度和障礙物的影響很大，離地面高度越高，風(fēng)速越穩(wěn)定。而小風(fēng)機(jī)受安裝高度限制，而且不能遠(yuǎn)離用電者居住的地方，所以小風(fēng)機(jī)是工作在風(fēng)的紊流區(qū)域，風(fēng)速風(fēng)向的無規(guī)則頻繁變化對(duì)風(fēng)機(jī)的破壞性很大。

2、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)所能提供的能源有限，考慮到單位功率成本的因素，好的材料和先進(jìn)的控制技術(shù)無法采用，可選擇的材料和技術(shù)手段有限。長期以來，我國的小風(fēng)機(jī)研制缺乏對(duì)小風(fēng)機(jī)使用環(huán)境的研究，比較注重風(fēng)機(jī)的性能測試數(shù)據(jù)，缺乏對(duì)風(fēng)機(jī)在不同環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)行考核的要求。

二、產(chǎn)品的技術(shù)要求不合理

雖然我國的小型風(fēng)力