风力发电原理和技术讲座

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1、风力发电一、概述风能是由于大气的运动而形成的一种能源形式，其能量来自于大气所吸收的太阳能。太阳辐射到地球的能量中有大约20％转变成为风能。人类对于风能利用的利用历史久远，早在公元10世纪，波斯就出现了水平转动的风磨，即以风车为动力的磨坊。公元12世纪，欧洲开始应用风车来抽水、捻磨谷物，此后，风车一直是主要的动力机械之一。到19世纪中叶蒸汽机出现之后，风力发动机的应用才逐渐减少。我国开始利用风车作为动力大约在13世纪中叶。现在所说的风能利用主要是指风力发电。采用风力涡轮机发电的设想始于1890年丹麦的一项风力发电计划，到1918年，丹麦已经投

2、运了120台风力发电机。在20世纪50～60年代，由于内燃机开始广泛应用，化石燃料成本低廉，而风力发电成本较高，与使用化石燃料发电相比不具有竞争力，使风力发电技术的发展近于停止。到1973年石油危机之后，由于在西方国家出现化石燃料的短缺，开始了应用现代科学技术开发风能的时期。能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。常规能源以煤、石油、天然气为主，它不仅资源有限，而且造成了严重的大气污染。因此，对可再生能源的开发利用，已受到世界各国的高度重视。风力发电逐步走向规模化应用还是在进入20世纪90年代以后，风力发电的装机容量开始以每年平均

3、20%以上的速度增长，已成为世界上各种能源中增长最快的一种。2008年全世界风力发电的装机容量为109GW（约10万MW，相当于100台1000MW火力发电机组）风力发电快速增长的原因在于两个方面：一个是经济发展对电力需求的快速增长和可持续发展的要求；另一个则是风力发电技术的不断进步，风轮机的大型化、规模化和高效化促进了风电价格不断降低。在很多地方，风电的价格已经接近或低于核电的价格，表现出强劲的市场竞争力。由于化石燃料的价格呈总体上升趋势，加之环保(除尘除汞、脱硫脱硝)和二氧化碳减排的需要，化石燃料发电的价格总体上是上涨的。因此，风力发电

4、将成为21世纪重要的电源形式之一。德国埃纳康（Enercon）公司的E112型风力发电机最大输出功率达到6MW，该风力发电机全高186m，风轮直径为114m，风轮扫过面积为10207m2，启动风速为2.5m／s，切出风速为28～34m／s，是目前世界上最大的风轮机，如图所示。2006年10月，我国首台拥有自主知识产权的1.5MW风力发电机组在沈阳华创风能有限公司正式出厂。该机组的研制是国家“863'’计划重点开发扶持项目“兆瓦级变速恒频风电机组”的目标技术和产品，机组的成功下线对于我国实现大型风力发电机组的国产化具有重要意义。此次1.5MW

5、变速恒频风电机组的研制成功填补了我国该项技术的空白。沈阳工业大学风能技术研究所是该“863'’项目的主要承担人，项目研制的“兆瓦级变速恒频风电机组”及其SUT系列产品具有100％自主知识产权，已经申请了多项发明专利。2006年10月下线的两台1.5MWSUT-1500型风电机组于2007年5月在内蒙古自治区正镶白旗明安图风电场并网试车成功，并投入自动运行。该SUT-1500型风电机组为三叶片、迎风式、双馈式变速变距功率调节方式，发电机采用绕线异步发电机，具有小风区风能捕获效率高、输出电能质量优良的优点。首批机组的整机国产化率在80％以上。风

6、力发电的优缺点1.优点⑴风能是可再生能源形式，利用风力发电有利于可持续发展。⑵有利于环境保护。在目前的规模化发电方式中，如火电、核电和水电中，风力发电和水力发电类似，是最洁净、污染最少和对环境影响最小的、可再生的能源形式。燃煤电站会产生二氧化碳（CO2）、氮氧化物（NOX）、二氧化硫（SO2）等对环境有害的物质。利用石油或天然气发电虽然可以减少污染物的排放，但也总有温室气体排放等问题。核电是相对清洁的能源形式，在发电期间，污染排放要比火电少得多，但核废料及核设备报废后的处理目前还没伺十分可靠而妥善的处理方法。⑶随着风电技术的日趋成熟，风电的

7、成本越来越低，可以和其他能源形式相竞争。目前来看，风力发电的规模效应比较明显，在风力发电机组单机容量lOOkW、200kW时。它在成本方面的优越性不突出，单机容量达450kW以上时就显示出来。国外风电电价已接近甚至低于常规电源。在我国，如果能够完成风电设备的国产化，降低投资，则我国风电电价有望更低。2.风力发电的负面影响⑴间接的不可再生能源利用和污染物排放。风电本身是清洁能源，但风力发电机组的生产过程、风电场的建造和安装过程也会消耗常规能源，所消耗的常规能源所造成的污染物排放是风电的间接污染物排放。⑵风电可能对鸟类造成伤害。国外曾有将风电场

8、建于鸟类迁徙途中，致使鸟类飞经该风电场时有很多被风轮机叶片击伤、击死的教训。⑶噪声问题，包括风轮机的机械噪声和空气动力学噪声。对于距离居民区较近的风电场，噪声问题往往是很突出的。