风能利用与风力发电的历史及基本原理国内外风力发电技术现状与展望新能源

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1、课程教学目标历史、现状与发展趋势：兴趣、重要性；结构组成、基本原理：入门、基础知识；运行特性、基本理论：为继续深造打基础。1风力机发展简史古代风力机风能，是人类最早使用的能源之一。最初的古代风力机是一种简单的垂直轴风力机，公元644年波斯人制造了立轴式磨面用风力机，图1为古代风力机。2图１　古代风力机3以后又发展了一种水平轴风力机，它的风轮具有十根梁，其间用张线固定，每根梁上有一块小帆布。至今在江苏一带还可见到竹木帆布结构的风力机。这种风力机在农田灌溉和盐池提水方面仍起到重要作用。4中世纪风力机到公元

2、11世纪，在中东古代风力机应用很广泛。到13世纪，这种风力机传到了欧洲。到14世纪，荷兰率先改进了古代风力机，并广泛利用这种改进后的风力机为莱茵河三角洲的沼泽地和湖泊抽水。中国宋朝是风力机的全盛时期，当时流行着垂直轴天津风车。5在16世纪，荷兰先后建造了当时的第一个制油厂、第一个造纸厂以及锯木厂，这些都是利用风力机作动力的。1745年荷兰人发明了旋转机头并获专利，应用在荷兰风力磨坊。到19世纪中叶，在荷兰有9000台传统风力机在运行，图2为中世纪传统风力机。6图2中世纪传统风力机78在产业革命期间，由

3、于蒸汽机的出现，荷兰的风力机利用开始走下坡路。到20世纪，荷兰只有2500台风力机在运行。到1960年，仍在运行的风力机不到1000台。美国中西部的多叶式风力提水机，在十八世纪末曾多达数百万台。9欧洲(特别是荷兰和比利时)使用的荷兰式风力机。现有900台左右，一部分作为游览用在运行，大型的有直径超过20米的机组。10叶片由金属做成、风轮直径3－5m、功率500－1000W，11近现代风力机在19世纪末，丹麦拥有3千台工业用的风力机和3万台用于家庭和农场的风力机。1890年丹麦的皮·拉库尔研制成功了风力

4、发电机，1908年丹麦已建成几百个小型风力发电站。自20世纪初至60年代末，一些国家对风能资源的开发，尚处于小规模的利用阶段。12从20世纪50年代到60年代，中国研制了十几种风力发电机，最大的已超过30千瓦。从60年代开始研制的小型风力提水机，有30种不同型号，对我国开发利用风能起到了积极作用。13200W浓缩风能型风力发电机14500W风力发电机组（商都牧机有限责任公司）15国名额定功率kW额定风速m/s叶轮直径m叶轮转速r/min叶片数塔高m投运年份苏联10010.530303301931美国1

5、25013.553.326233.51941-1945英国10015.2515.313031954英国10013.524.495.42301955丹麦2001524303241957表1国际上1970年以前研制的100kW级及以上的风力发电机组16国名额定功率kW额定风速m/s叶轮直径m叶轮转速r/min叶片数塔高m投运年份西德100834422241957-1968法国13212.521.25631958法国80016.730.247.3332.31958-1962英国10018.515.27531

6、0.71959法国1000173531963表1国际上1970年以前研制的100kW级及以上的风力发电机组17随着大型水电、火电机组的采用和电力系统的发展，1970年以前研制的中、大型风力发电机组因造价高和可靠性差而逐渐被淘汰，到20世纪60年代末相继都停止了运转。但是，这一阶段的试验研究表明，这些中、大型机组一般在技术上还是可行的，它为20世纪70年代后期的风电技术大发展奠定了基础。181973年，国际上出现了石油危机，不少国家面临能源短缺的困境，为此提出了能源多样化发展战略，因而风能的研究和开发工

7、作又重新得到了重视。美国、荷兰、丹麦、英国、德国、日本、苏联、加拿大等国都对大力开发风能制定了规划，制定了采取扶持资助的鼓励性政策和法规。中国也开始重视风能的研究和开发。191980年以来，国际上风力发电机技术日益走向商业化。主要机组容量有300kW、600kW、750kW、850kW、1MW、2MW。1991年丹麦在Vindeby建成了世界上第一个海上风电场，由11台丹麦Bonus450kW单机组成，总装机4.95MW。20随后荷兰、瑞典、英国相继建成了自己的海上风电场。截止到2004年底，全球风力

8、发电总装机为47000MW，离岸风力发电总装机为620MW,占总装机到了13.2%。21目前，已经具备离岸风力发电设备商业生产能力的厂家，主要有丹麦的Vestas（包括被其整合的NEG-Micon），美国的GE风能，德国的Nordex、Repower、Pfleiderer/Prokon和德国著名的Enercon公司。风力发电机大型化、巨型化趋势十分明显。22200/50kW风力发电机（意大利RivaCalzoni公司）110kW风力发电机（德国Venti