淺談風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

淺談風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)：摘要風(fēng)能作為一種可再生能源的重要類別，具有蘊(yùn)藏量巨大、可再生、分布廣、無污染等特點(diǎn)，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為世界可再生能源發(fā)展的重要方向。全球的風(fēng)能約為×109MW，其中可利用的風(fēng)能為2×107MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，風(fēng)能市場也迅速發(fā)展起來。自2004年以來，全球風(fēng)力發(fā)電能力翻了一番，2006年至2007年間，全球風(fēng)能發(fā)電裝機(jī)容量擴(kuò)大27%。預(yù)計(jì)未來20-25年內(nèi)，世界風(fēng)能市場每年將遞增25%。隨著技術(shù)進(jìn)步和環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，風(fēng)能發(fā)電在商業(yè)上將完全可以與燃煤發(fā)電競爭。本論文介紹了風(fēng)力發(fā)電的原理，世界風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，世界各國風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用前景等內(nèi)容。關(guān)鍵字：清潔能源風(fēng)力發(fā)電AbstractWindenergyasanimportantcategoryofrenewableenergy，withcharacteristicssuchaslarge,renewable,widelydistributed,pollution-free,powerhasbecometheworld'srenewableenergydevelopmentimportantpowerisaboutx109MWaroundtheoftheavailablewindpowerfor2x107MW,whichis10timesbiggerthantheamountofwateronearthisthedevelopmentandutilization.Withthedevelopmentofglobaleconomy,thewindpowermarkethasdeveloped2004,theglobalwindpowercapacityhas2006and2007,theglobalwindpowercapacityexpansionof27%.Inthenext20to25years,theworldwindenergymarketwillincreaseby25%everythedevelopmentoftechnologicalprogressandenvironmentalprotection,windpowergenerationinthebusinesswillbecompletelycanbecompetitivewithcoal-firedpowergenerationThispaperintroducestheprincipleofwindpower,theworldsituationanddevelopmenttrendofwindpower,theworldwindpowerapplication,etcKeywords:cleanenergy,windpowergeneration目錄TOC\o"1-3"\h\u5601摘要 11090第一章緒論 132740發(fā)展風(fēng)能背景 117134風(fēng)力發(fā)電意義 123534風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)點(diǎn) 17873風(fēng)力發(fā)電的負(fù)面影響 220546風(fēng)能在世界各國的應(yīng)用 29091第2章風(fēng)力發(fā)電技術(shù)概述 312647風(fēng)形成的原因 329684近地面風(fēng)特性 37693平均風(fēng)向 326419平均風(fēng)速 48029風(fēng)力發(fā)電原理概述 415935風(fēng)力發(fā)電機(jī)組類型 517641恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī) 56824有限變速風(fēng)力發(fā)電機(jī) 624870變速風(fēng)力發(fā)電機(jī) 7265391）有刷雙饋異步發(fā)電機(jī) 7293232）電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī) 8126233）永磁同步發(fā)電機(jī) 826313第3章世界風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀 11313歐洲風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀 124288美國美洲風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀 1322354亞洲風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀 1412059拉丁美洲風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀 1517527我國風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀 164273我國風(fēng)能資源分布 168135風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀 163367風(fēng)電發(fā)展中遇到的問題 1821328第四章風(fēng)電發(fā)展趨勢及前景 2031589世界風(fēng)力發(fā)電發(fā)展趨勢 2025383我國風(fēng)力發(fā)電前景展望 2123763參考文獻(xiàn) 24第一章緒論發(fā)展風(fēng)能背景在20世紀(jì)100年間，全世界人口從億增長了倍，目前全球人口已超60億，但消費(fèi)的能源以驚人的速度增長到原來的9倍。同時(shí)，由于消耗的大部分能源來自礦物燃料，必然導(dǎo)致二氧化碳等氣體排放量增加，使溫室效應(yīng)不斷加重。世界能源的形勢不容樂觀。煤炭資源也日益匱乏，擺在世界眼前的不僅是資源短缺的問題，環(huán)境污染日益嚴(yán)重也是一個(gè)不容忽視的難題。電能作為一種可再生的二次能源受到了普遍的青睞，但是電能的產(chǎn)生對(duì)一次能源的消耗量相當(dāng)巨大，因此尋找一種清潔的一次能源來發(fā)電就逐漸受到了普遍的關(guān)注。風(fēng)能發(fā)電也就應(yīng)運(yùn)而生。地球表面大量空氣流動(dòng)即會(huì)產(chǎn)生風(fēng)能。風(fēng)能作為一種無污染的可再生能源，它最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以減少二氧化碳的排放量，有效地減緩全球變暖的趨勢。在能源危機(jī)日漸嚴(yán)重的21世紀(jì)，風(fēng)能無疑是給全人類帶來了福音。風(fēng)力發(fā)電意義風(fēng)力發(fā)電是綠色能源，有傳統(tǒng)化石能源無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。不過，風(fēng)力發(fā)電也會(huì)造成一些負(fù)面影響。風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)風(fēng)能是可再生能源形式，利用風(fēng)力發(fā)電有利于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。有利于環(huán)境保護(hù)。在目前的規(guī)模化發(fā)電方式，如火電、核電和水電中，風(fēng)力發(fā)電和水電類似，是最清潔、污染最少和對(duì)環(huán)境影響最小的、可再生的能源形式。隨著風(fēng)電技術(shù)的日趨成熟，風(fēng)電的成本越來越低，可以和其它能源形式相競爭。目前看來，風(fēng)力發(fā)電的規(guī)模效應(yīng)比較明顯，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量100KW、200KW時(shí)，它在成本方面的優(yōu)越性不突出，單機(jī)容量達(dá)450KW以上時(shí)就顯示出來。國外風(fēng)電電價(jià)已接近甚至低于常規(guī)電源。在我國，如果能夠完成風(fēng)電設(shè)備的國產(chǎn)化，降低投資，則我國風(fēng)電電價(jià)有望更低。風(fēng)力發(fā)電的負(fù)面影響簡潔的不可再生能源利用和污染物排放。風(fēng)電本身是清潔能源，但風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的生產(chǎn)過程、風(fēng)電場的建造和安裝過程也會(huì)消耗常規(guī)能源，所消耗的常規(guī)能源所造成的污染物排放是風(fēng)電的間接污染物排放。風(fēng)電可能對(duì)鳥類造成傷害。國外曾有將風(fēng)電場建于鳥類遷徙途中，致使鳥類飛經(jīng)該風(fēng)電場時(shí)很多被風(fēng)輪機(jī)葉片擊傷、擊死的教訓(xùn)。噪聲問題，包括風(fēng)輪機(jī)的機(jī)械噪聲和空氣動(dòng)力學(xué)噪聲。對(duì)無線電通信的干擾。安全問題，如發(fā)生過葉片折斷傷人或維修過程中傷人的事件。風(fēng)能在世界各國的應(yīng)用人類利用風(fēng)能的歷史可以追溯到公元前，但數(shù)千年來，風(fēng)能技術(shù)發(fā)展緩慢，沒有引起人們足夠的重視。但自1973年世界石油危機(jī)以來，在常規(guī)能源告急和全球生態(tài)環(huán)境惡化的雙重壓力下，風(fēng)能作為新能源的一部分才重新有了長足的發(fā)展。[1]丹麥?zhǔn)菤W洲較為富有的國家之一，雖然人口數(shù)量較少，但它是最早應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電的國家。丹麥被稱為“風(fēng)車大國”的原因有二。一方面就是其自身大范圍地使用風(fēng)力發(fā)電，另一方面就是因?yàn)槠鋼碛惺澜珥敿饧?jí)的發(fā)電風(fēng)輪制造技術(shù)。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，2005年全球風(fēng)力風(fēng)電總裝機(jī)容量達(dá)到萬千瓦，比2004年增長25%，其中，德國風(fēng)能利用據(jù)全球之首，總裝機(jī)容量達(dá)到萬千瓦，占全球裝機(jī)總量的三分之一，其次是：西班牙、美國、丹麥、印度。[2]由此我們可以看出，世界各國尤其是發(fā)達(dá)國家，對(duì)風(fēng)電發(fā)展高度重視，把開發(fā)風(fēng)電作為調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)環(huán)境、合理利用資源、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要措施。在資源匱乏的21世紀(jì)，風(fēng)能是一種極具吸引力和發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?。?章風(fēng)力發(fā)電技術(shù)概述風(fēng)形成的原因風(fēng)是空氣相對(duì)與地球表面的運(yùn)動(dòng)，主要是由于地球上各緯度所接受的太陽輻射強(qiáng)度不同而形成的。高緯度與低緯度之間的溫度差異，形成了南北之間的氣壓梯度，使空氣做水平運(yùn)動(dòng)，風(fēng)應(yīng)沿水平氣壓梯度方向吹，即垂直與等壓線從高壓向低壓吹。另外，地球在不停的自轉(zhuǎn)，使空氣水平運(yùn)動(dòng)發(fā)生偏向的力，稱為地轉(zhuǎn)偏向力，這種力使北半球氣流向右偏轉(zhuǎn)，南半球向左偏轉(zhuǎn)，所以地球大氣運(yùn)動(dòng)除受氣壓梯度力外，還要受地轉(zhuǎn)偏向力（科里奧利力）的影響。具體到某一特定地區(qū)，自然風(fēng)的形成還要受氣象條件如季節(jié)、洋流，地表特征如海拔、地形和地面粗糙度等多種因素的影響。近地面風(fēng)特性風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)特性指的是近地面大氣邊界層最底層100m以下氣流的流動(dòng)情況。用風(fēng)速的大小、方向和湍流強(qiáng)度等反映風(fēng)特性的特征量描述。一般可分為平均風(fēng)特性和脈動(dòng)風(fēng)特性來進(jìn)行研究。平均風(fēng)特性平均風(fēng)特性包括：平均風(fēng)速、平均風(fēng)向、風(fēng)速廓線和風(fēng)頻曲線等。一般來說，這類數(shù)據(jù)由常年的氣象數(shù)據(jù)記錄得出。平均風(fēng)向風(fēng)向指風(fēng)的方向，一般用16個(gè)方位來表示。根據(jù)氣象臺(tái)站提供的記錄數(shù)據(jù)，按月，季節(jié)、年來統(tǒng)計(jì)風(fēng)向變化的平均值，來判斷某一地區(qū)的風(fēng)向變化情況，下面以我國某一沿海城市的測風(fēng)數(shù)據(jù)為例繪制出風(fēng)向玫瑰圖加以說明。其中，各方位輻射線的長度代表風(fēng)向頻度，即不同方位上記錄的次數(shù)占全月總記錄次數(shù)的百分比。從圖中不難看出：此地秋冬季節(jié)盛行東北風(fēng)，而春節(jié)有兩個(gè)主風(fēng)向：東北和東南。夏季風(fēng)向變化較大主要是西南和東南方向范圍內(nèi)變化。平均風(fēng)速風(fēng)速是指單位時(shí)間內(nèi)空氣在水平方向上移動(dòng)的距離，平均風(fēng)速是指在某時(shí)距內(nèi)，空間某點(diǎn)上各瞬時(shí)風(fēng)速的平均值。其值的大小與時(shí)距的選取有很大的關(guān)系。由范德豪芬的實(shí)驗(yàn)可知，周期在10min到1h范圍內(nèi)功率頻譜曲線比較平坦，平均風(fēng)速時(shí)距取在此范圍內(nèi)可忽略湍流引起的天氣變化，我國規(guī)范規(guī)定的時(shí)距為10min。平均風(fēng)速隨時(shí)間和空間變化，但具有一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，如日、月、季節(jié)變化規(guī)律。平均風(fēng)速的日變化規(guī)律最為顯著。除去天氣變化因素的影響，秋季最大風(fēng)速出現(xiàn)在上午10點(diǎn)到12點(diǎn)之間，冬季最大風(fēng)速大多數(shù)出現(xiàn)在午后。兩者最小風(fēng)速出現(xiàn)在下午18點(diǎn)到20點(diǎn)之間。產(chǎn)生這種變化的原因是由于太陽輻射的日變化而導(dǎo)致的地面熱力不均造成的。不同地區(qū)，不同季節(jié)因太陽輻射條件不同會(huì)有所不同。風(fēng)力發(fā)電原理概述風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械，又稱風(fēng)車。廣義地說，它是一種以太陽為熱源，以大氣為工作介質(zhì)的熱能利用發(fā)動(dòng)機(jī)。風(fēng)力發(fā)電利用的是自然能源。相對(duì)柴油發(fā)電要好的多。但是若應(yīng)急來用的話，還是不如柴油發(fā)電機(jī)。風(fēng)力發(fā)電不可視為備用電源，但是卻可以長期利用。風(fēng)力發(fā)電的原理是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約是每秒三公尺的微風(fēng)速度（微風(fēng)的程度），便可以發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電沒有燃料問題，也不會(huì)產(chǎn)生輻射或空氣污染。風(fēng)力發(fā)電在芬蘭、丹麥等國家很流行；我國也在西部地區(qū)大力提倡。小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)效率很高，風(fēng)力發(fā)電機(jī)由機(jī)頭、轉(zhuǎn)體、尾翼、葉片組成。每一個(gè)部分都很重要，各部分的功能為：葉片用來接受風(fēng)力并通過機(jī)頭轉(zhuǎn)為動(dòng)能；尾翼使葉片始終對(duì)著風(fēng)的方向從而獲得最大的風(fēng)能；轉(zhuǎn)體能使機(jī)頭靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)尾翼調(diào)整方向的功能；機(jī)頭的轉(zhuǎn)子是永磁體，定子繞組切割磁力線產(chǎn)生電能。風(fēng)力發(fā)電機(jī)因風(fēng)量不穩(wěn)定，故其輸出的是13~25V變化的交流電，須經(jīng)過充電器整流，再對(duì)蓄電瓶充電，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電量變成化學(xué)能。然后用有保護(hù)電路的逆變電源，把電瓶里的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成交流220V，才能保證穩(wěn)定使用。風(fēng)能具有一定的動(dòng)能，通過風(fēng)輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，拖動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電的原理是利用風(fēng)帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再通過增速器將旋轉(zhuǎn)的速度提高促使發(fā)電機(jī)發(fā)電的。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約3m/s的微風(fēng)速度便可以開始發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電的原理是最簡單的風(fēng)力發(fā)電機(jī)可由葉片和發(fā)電機(jī)兩部分構(gòu)成如圖1-1所示?？諝饬鲃?dòng)的動(dòng)能作用在葉輪上，將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，從而推動(dòng)片葉旋轉(zhuǎn)如果將葉輪的轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連就會(huì)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電來。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組類型根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特征，風(fēng)力發(fā)電機(jī)可分為恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)、有限變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)和變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)。恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)如圖1所示，采用了籠型異步發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)通過變壓器直接接入電網(wǎng)。因?yàn)榛\型異步發(fā)電機(jī)只能工作在額定轉(zhuǎn)速之上很窄的范圍內(nèi)，所以通常稱之為恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)。并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，異步發(fā)電機(jī)需要從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，這惡化了電網(wǎng)的功率因數(shù)，易使電網(wǎng)無功容量不足，影響電壓的穩(wěn)定性。為此，一般在發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)之間配備適當(dāng)容量的并聯(lián)補(bǔ)償電容器組以補(bǔ)償無功。由于籠型異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低且可靠性高，比較適合風(fēng)力發(fā)電這種特殊場合，在風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的初期，籠型異步發(fā)電機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，有效地促進(jìn)了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的興起。圖1籠型恒速發(fā)電機(jī)系統(tǒng)圖1籠型恒速發(fā)電機(jī)系統(tǒng)隨著風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用的深入，恒速籠型異步發(fā)電機(jī)具有的一些固有缺點(diǎn)逐步顯現(xiàn)出來，主要是籠型異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速只能在額定轉(zhuǎn)速之上l％一5％內(nèi)運(yùn)行，輸人的風(fēng)功率不能過大或過小，若發(fā)電機(jī)超過轉(zhuǎn)速上限，將進(jìn)入不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。因此，在多數(shù)場合需將2臺(tái)分別為高速和低速的籠型異步發(fā)電機(jī)組合用，以充分利用中低風(fēng)速的風(fēng)能資源。另外，風(fēng)速的波動(dòng)使風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨之波動(dòng)，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)之間的軸承、齒輪箱將會(huì)承受巨大的機(jī)械摩擦和疲勞應(yīng)力。而且，由于風(fēng)力機(jī)的速度不能調(diào)節(jié)，不能從空氣中捕獲最大風(fēng)能，效率較低。齒輪箱的存在增加了風(fēng)力機(jī)的重量和系統(tǒng)的維護(hù)性，影響了系統(tǒng)效率，增加了噪聲。有限變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)有限變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)如圖2所示，發(fā)電機(jī)采用繞線式異步發(fā)電機(jī)。繞線式異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子外接可變電阻，其工作原理是通過電力電子裝置調(diào)整轉(zhuǎn)子回路的電阻，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率可增大至10％，實(shí)現(xiàn)有限變速運(yùn)行，提高輸出功率。同時(shí)，采用變槳距調(diào)節(jié)及轉(zhuǎn)子電流控制，以提高動(dòng)態(tài)性能，維持輸出功率穩(wěn)定，減小陣風(fēng)對(duì)電網(wǎng)的擾動(dòng)。然而，由于外接電阻消耗了大量能量，電機(jī)效率降低了。有些文獻(xiàn)也把這種發(fā)電系統(tǒng)稱為高轉(zhuǎn)差率異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。圖2繞線式有限變速發(fā)電機(jī)系統(tǒng)圖2繞線式有限變速發(fā)電機(jī)系統(tǒng)變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)1）有刷雙饋異步發(fā)電機(jī)由雙饋異步發(fā)電機(jī)構(gòu)成的變速恒頻控制方案是在轉(zhuǎn)子電路實(shí)現(xiàn)的，如圖3所示。流過轉(zhuǎn)子回路的功率是雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍所決定的轉(zhuǎn)差功率，該轉(zhuǎn)差功率僅為定子額定功率的一小部分。一般來說，轉(zhuǎn)差率為同步速附近30％左右，因此，與轉(zhuǎn)子繞組相連的勵(lì)磁變換器的容量也僅為發(fā)電機(jī)容量的30％左右，這大大降低了變換器的體積和重量。采用雙饋發(fā)電方式，突破了機(jī)電系統(tǒng)必須嚴(yán)格同步運(yùn)行的傳統(tǒng)觀念，使原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不受發(fā)電機(jī)輸出頻率限制，而發(fā)電機(jī)輸出電壓和電流的頻率、幅值和相位也不受轉(zhuǎn)子速度和瞬時(shí)位置的影響，變機(jī)電系統(tǒng)之問的剛性連接為柔性連接。圖3饋式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)圖3饋式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)相對(duì)于繞線式發(fā)電機(jī)，雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子能量沒有被消耗掉，而是可以通過變換器在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與電網(wǎng)之間雙向流通。變換器可以提供無功補(bǔ)償，平滑并網(wǎng)電流．正是DFIG具有上述優(yōu)點(diǎn)，目前大多數(shù)大可變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)都采用這種方式，例如Vestas，Gamesa，GE，Nordex等公司都有此類產(chǎn)品。但其控制系統(tǒng)也相對(duì)復(fù)雜，尤其是雙向變換器的DFIG勵(lì)磁控制技術(shù)和雙向并網(wǎng)發(fā)電控制技術(shù)，對(duì)于DFIG系統(tǒng)而言，是至關(guān)重要的難點(diǎn)之一。雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)具有的缺點(diǎn)：存在多級(jí)齒輪箱及滑環(huán)、電刷，不可避免地帶來摩擦損耗，增大了維護(hù)量及噪聲等；在電網(wǎng)故障瞬間，驟然變大的定子和轉(zhuǎn)子電流要求變換器增加保護(hù)措施，增大了軟硬件投入，而且大的故障電流增加了風(fēng)力機(jī)的扭轉(zhuǎn)負(fù)荷。2）電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)變速恒頻直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)如圖4所示，電壓源型逆變器的直流側(cè)提供電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的勵(lì)磁電流，發(fā)電機(jī)發(fā)出的是電壓和頻率都在變化的交流電，經(jīng)整流逆變后變成恒壓恒頻的電能輸入電網(wǎng)。通過調(diào)節(jié)逆變裝置的控制信號(hào)可以改變系統(tǒng)輸出的有功功率和無功功率，實(shí)時(shí)滿足電網(wǎng)的功率需要。在變速恒頻直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，整流逆變裝置的容量需要與發(fā)電機(jī)容量相等。圖4電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)圖4電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采取直驅(qū)方式，發(fā)電機(jī)運(yùn)行在低速狀態(tài)，其電磁轉(zhuǎn)矩相對(duì)較大，同時(shí)發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)較多，意味著發(fā)電機(jī)的體積也較大。但由于省去了齒輪箱，系統(tǒng)的效率和可靠性都得到了提高。變換器為全功率變換器，在整個(gè)調(diào)速范圍能使并網(wǎng)電流平滑，具有噪聲低、電網(wǎng)電壓閃變小及功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)主要缺點(diǎn)是系統(tǒng)成本較高，功率變換器損耗較大。3）永磁同步發(fā)電機(jī)永磁同步發(fā)電機(jī)變速恒頻直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示，它采用的電機(jī)是永磁發(fā)電機(jī)，無需外加勵(lì)磁裝置，減少了勵(lì)磁損耗；同時(shí)它無需電刷與滑環(huán)，因此具有效率高、壽命長、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。在定子側(cè)采用全功率變換器，實(shí)現(xiàn)變速恒頻控制。系統(tǒng)省去了齒輪箱，這樣可大大減小系統(tǒng)運(yùn)行噪聲，提高效率和可靠性，降低維護(hù)成本。所以，盡管直接驅(qū)動(dòng)會(huì)使永磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速很低，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)體積很大，成本較高，但其運(yùn)行維護(hù)成本卻得到了降低。采用直接驅(qū)動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)具有傳動(dòng)系統(tǒng)簡單、效率高以及控制魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)，因此具有越來越大的吸引力。目前已有多家公司可以提供商業(yè)化的多極永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，如Enercon，WinWind等公司。該系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是永磁材料價(jià)格較高，且在高溫下易被去磁，功率變換器容量與發(fā)電機(jī)容量相同，變換器成本較高。圖5磁同步發(fā)電機(jī)直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)圖5磁同步發(fā)電機(jī)直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)隨著風(fēng)機(jī)單機(jī)容量的增大，齒輪箱的高速傳動(dòng)部件故障問題日益突出，于是沒有齒輪箱而將主軸與低速多極同步發(fā)電機(jī)直接相接的直驅(qū)式布局應(yīng)運(yùn)而生。但是，低速多極發(fā)電機(jī)重量和體積均大幅增加。為此，采用折中理念的半直驅(qū)布局在大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，如圖6所示。圖6級(jí)齒輪箱驅(qū)動(dòng)永磁同步發(fā)電系統(tǒng)圖6級(jí)齒輪箱驅(qū)動(dòng)永磁同步發(fā)電系統(tǒng)與直驅(qū)永磁同步發(fā)電系統(tǒng)不同是，半直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在風(fēng)力機(jī)和PMSG之間增加了單級(jí)齒輪箱，綜合了DFIG和直驅(qū)PMSG系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。與DGIG系統(tǒng)相比，減小了機(jī)械損耗；與直驅(qū)PMSG系統(tǒng)相比，提高了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，減小了電機(jī)體積。采用全功率變換器，平滑了并網(wǎng)電流，電網(wǎng)故障穿越能力得到提高。第3章世界風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀隨著世界各國對(duì)環(huán)境問題認(rèn)識(shí)的不斷深入，可再生能源綜合利用的技術(shù)也在不斷發(fā)展。在各國政府制訂的相應(yīng)政策支持和推動(dòng)下，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)也在高速發(fā)展。截至2011年底，世界風(fēng)電裝機(jī)量達(dá)到237669MW，新增裝機(jī)量43279MW，增長率%，增速與2010年持平，低于2009年32%的增速。由表一，可以看出中國風(fēng)電裝機(jī)量62364MW，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過世界其他各國裝機(jī)量，而德國依然是歐洲裝機(jī)量最多的國家。從圖表二中，很明顯的看出，從2001年到2004年，風(fēng)電裝機(jī)增速是在下降的，2004年到2009年風(fēng)電有處于一個(gè)快速發(fā)展期，直到近兩年風(fēng)電裝機(jī)的增速又降為22%左右，可見風(fēng)電的發(fā)展正處在一個(gè)由快速擴(kuò)張到技術(shù)提升的階段。圖表SEQ圖表\*ARABIC1世界風(fēng)電裝機(jī)總量圖圖表2世界風(fēng)電每年裝機(jī)量增速歐洲風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀歐洲是世界上主要的風(fēng)電市場和設(shè)備供應(yīng)商。根據(jù)歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，截至2009年年底，歐盟27國風(fēng)電總裝機(jī)容量達(dá)到7477萬千瓦，占世界風(fēng)電總裝機(jī)容量的%，其中海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量萬千瓦，陸上風(fēng)電裝機(jī)容量萬千瓦。當(dāng)年新增風(fēng)電裝機(jī)容量1016萬千瓦，同比增長23%，風(fēng)電連續(xù)兩年成為新增裝機(jī)容量最大的發(fā)電類型。服務(wù)端裝機(jī)容量約占其全部發(fā)電裝機(jī)容量的%，發(fā)電量約占其全部風(fēng)電量的%。世界風(fēng)電裝機(jī)排名前十位的國家中，歐洲占了7個(gè)；在全球風(fēng)電制造業(yè)種，歐洲企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位,近幾年來，在全球已安裝的風(fēng)機(jī)中，歐洲企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品份額均在一半以上。德國在1990年之前，德國還沒用形成風(fēng)電產(chǎn)業(yè)。1992年，德國埃納康公司首次推出500kW風(fēng)電機(jī)，使風(fēng)電成本降低到5美分/（kW·h）。之后，德國十分重視風(fēng)電的發(fā)展，政府對(duì)風(fēng)電進(jìn)行價(jià)格補(bǔ)貼，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)生產(chǎn)方面資助樣機(jī)開發(fā)。1994年，德國風(fēng)電裝機(jī)容量凈增318kW，1995年新增492kW，1996年新增470kW。2000年，德國制定和頒布了《可再生能源促進(jìn)法》，規(guī)定電網(wǎng)公司必須無條件接受風(fēng)能、太陽能等各種可再生能源發(fā)電設(shè)備所生產(chǎn)的電力，各種可再生能源發(fā)電的上網(wǎng)電價(jià)由政府部門根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)條件和實(shí)際生產(chǎn)成本進(jìn)行規(guī)定，規(guī)定的電價(jià)保證風(fēng)力發(fā)電的投資者可以獲得一定的利潤，每3—4年進(jìn)行一次價(jià)格調(diào)整。這些規(guī)定激發(fā)了投資者對(duì)風(fēng)力發(fā)電的投資熱情，投資一座風(fēng)電場一般7—8年就可以收回成本，投資風(fēng)電的利潤可觀而風(fēng)險(xiǎn)極低。2000年，德國風(fēng)電裝機(jī)容量新增2660MW，2006年新增2194MW，是目前世界上風(fēng)電裝機(jī)容量最多和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)最新進(jìn)的國家。丹麥丹麥?zhǔn)鞘澜缟巷L(fēng)電技術(shù)最發(fā)達(dá)的國家之一，在風(fēng)電機(jī)組制造、風(fēng)能資源評(píng)價(jià)和風(fēng)電場接入電網(wǎng)等領(lǐng)域的技術(shù)均居世界領(lǐng)先地位。盡管目前風(fēng)電市場競爭日趨激烈，但丹麥的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一直占有全球50%以上的市場份額。丹麥也是目前世界上風(fēng)電裝機(jī)比例最高的國家，到2005年底，丹麥的發(fā)電總裝機(jī)容量為13600MW，其中風(fēng)電裝機(jī)容量為3128MW，占總發(fā)電裝機(jī)容量的23%。美國美洲風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀美國的風(fēng)能資源豐富，據(jù)估算，如果全部開發(fā)，美國三個(gè)州（北達(dá)科他州、堪薩斯州和德克薩斯州）的風(fēng)電就可以滿足全美的電力需求。2000年末，美國風(fēng)機(jī)總裝機(jī)容量達(dá)到2645MW，到2009年，美國風(fēng)電裝機(jī)容量就達(dá)到35155MW，位居世界第一，當(dāng)年新增容量為9994MW，占美國2009年新增發(fā)電裝機(jī)的39%。2009年，風(fēng)力發(fā)電滿足美國約%的用電需求。與歐洲普遍采用的政府補(bǔ)貼和強(qiáng)制上網(wǎng)政策不同，美國對(duì)于可再生資源發(fā)電實(shí)施的優(yōu)惠政策包括多種形式，主要是稅收減免，同時(shí)撥?？钪С诛L(fēng)力發(fā)電機(jī)的科研和制造單位進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)。在美國，風(fēng)能發(fā)電已經(jīng)很有競爭力，其成本相當(dāng)于甚至低于傳統(tǒng)電力（煤電、核電、天然氣發(fā)電等等）的平均價(jià)格。美國加利福尼亞州的風(fēng)電發(fā)展較早。在20世紀(jì)80年代，美國加利福尼亞州就對(duì)風(fēng)力發(fā)電實(shí)行了扶持政策，制定一系列政策法規(guī)保證風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展，曾一度建有世界上最大的風(fēng)電場。但90年代之后的發(fā)展相對(duì)較慢，到2003年底，加利福尼亞州的風(fēng)電裝機(jī)容量為1812MW，年發(fā)電量3573GW·h。到2004年，加利福尼亞州的風(fēng)力發(fā)電量為4258GW·h，占全州當(dāng)年電力生產(chǎn)的%。目前，美國最大的風(fēng)電場是位于德克薩斯州的馬谷風(fēng)能中心（HorseHollowWindEnergyCenter），該風(fēng)能中心建有421個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)容量達(dá)到735MW，于2006年9月全部建成。根據(jù)美國能源部發(fā)布的報(bào)告，到2030年，風(fēng)電將占美國電力消費(fèi)總量的20%，風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量將達(dá)到3億千瓦。近十年來，美國在大型風(fēng)輪機(jī)的生產(chǎn)方面投資平均增長率達(dá)到了22%。亞洲風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀亞洲風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展目前明顯落后于北美洲和西歐。但國際能源專家認(rèn)為亞洲風(fēng)力發(fā)電設(shè)備市場大有可為。亞洲的印度、中國、巴基斯坦、泰國、印尼、韓國和菲律賓等國家，近幾年在風(fēng)能開發(fā)應(yīng)用方面的投資也有較大增長。根據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)發(fā)布年度風(fēng)電行業(yè)預(yù)測，未來幾年世界風(fēng)電行業(yè)平均增長率將繼續(xù)保持在20%以上，發(fā)展勢頭強(qiáng)勁。而分區(qū)域來看，雖然截至2013年年底，歐洲仍將繼續(xù)擁有最大的風(fēng)力發(fā)電能力，但到2014年底，亞洲將以億千瓦的風(fēng)電裝機(jī)容量超越歐洲的億千瓦，成為世界第一大風(fēng)電市場。印度近幾年來，印度風(fēng)電裝機(jī)始終排在世界的前幾名，在亞洲的裝機(jī)容量名列第一。印度風(fēng)電快速增長的動(dòng)力來自于國家的可再生能源激勵(lì)政策。印度政府一直積極支持風(fēng)電的發(fā)展。從20世紀(jì)80年代起，印度就啟動(dòng)了風(fēng)電項(xiàng)目。1995年，印度制定了為風(fēng)電項(xiàng)目清除障礙的國家方針，強(qiáng)制要求所有地方電力部門及所屬單位都必須確保已規(guī)劃風(fēng)電項(xiàng)目接入電網(wǎng)，同時(shí)對(duì)風(fēng)電采取稅收激勵(lì)和貸款優(yōu)惠政策，使風(fēng)電的發(fā)展在20世紀(jì)90年代中期出現(xiàn)第一個(gè)高峰期。目前，印度風(fēng)電的發(fā)展已進(jìn)入第二個(gè)高峰期，2006年，印度的風(fēng)電裝機(jī)容量新增1840MW，達(dá)到6270MW。目前印度政府的風(fēng)電激勵(lì)政策包括：①在風(fēng)電場建設(shè)方面，允許風(fēng)電項(xiàng)目在裝機(jī)第一年對(duì)風(fēng)電設(shè)備按100%折舊；風(fēng)力發(fā)電銷售的前五年免稅；對(duì)某些州的風(fēng)電予以政府補(bǔ)貼；強(qiáng)制要求風(fēng)電入網(wǎng)。②在風(fēng)力發(fā)電機(jī)生產(chǎn)領(lǐng)域，采用各種關(guān)稅辦法鼓勵(lì)進(jìn)口風(fēng)機(jī)零部件，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造所需的專用軸承、齒輪箱、零部件、傳感器和生產(chǎn)風(fēng)輪機(jī)葉片所需部件及原材料免征關(guān)稅，對(duì)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造的液壓剎車部件、萬向聯(lián)軸器、剎車鉗、風(fēng)機(jī)控制器和風(fēng)輪葉片減征關(guān)稅，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造所需的部件免征消費(fèi)稅。③在風(fēng)電的研究方面，印度成立了國家風(fēng)能技術(shù)中心，其主要目標(biāo)是建立和加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)研究工作，提高風(fēng)電領(lǐng)域研發(fā)能力，進(jìn)行風(fēng)力資源評(píng)估、風(fēng)電項(xiàng)目選址及提供風(fēng)電信息。同時(shí)，印度還建立了兩百多個(gè)風(fēng)力監(jiān)測站，為風(fēng)能資源的開發(fā)利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。日本日本有2個(gè)區(qū)域適合風(fēng)能開發(fā)。一個(gè)是具有適合風(fēng)力發(fā)電的地貌，且人口稠密的鄉(xiāng)村；一個(gè)是發(fā)展沿海地區(qū)的離岸風(fēng)力發(fā)電。近幾年，由于日本政府通過要求電力公司增加可再生能源的供電比例，對(duì)可再生能源電力公司增加可再生能源的供電比例，對(duì)可再生能源電力在價(jià)格和資金補(bǔ)助上予以一定的優(yōu)惠等一系列措施，日本的風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展良好。為了有助于實(shí)施清潔能源計(jì)劃，要求日本電力公司購買可再生能源電力的預(yù)期使用期限長達(dá)17年，這樣就增強(qiáng)了清潔能源投資者的信心。這一措施的結(jié)果使得日本的風(fēng)力發(fā)電能力從2002年的486MW增加到2004年的700MW。為了促進(jìn)日本可再生能源的發(fā)展，2003年日本政府還提出了相關(guān)的可再生能源標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，爭取到2010年日本可再生能源的發(fā)電量達(dá)到總電力供應(yīng)的%。拉丁美洲風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀拉丁美洲也是世界上近幾年風(fēng)能開發(fā)利用進(jìn)展較快的地區(qū)，其令人鼓舞的風(fēng)電發(fā)展，主要得益于巴西和墨西哥的貢獻(xiàn)。有關(guān)研究機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)拉美對(duì)風(fēng)能市場的總投資將從2009年的不到10億美元增加到2015年的22億美元，巴西和墨西哥的風(fēng)能裝機(jī)容量的增長將在拉美地區(qū)居于前列，到2025年這一地區(qū)風(fēng)能裝機(jī)容量將增加到4600萬千瓦。墨西哥由于獨(dú)特的地理優(yōu)勢，墨西哥下加州能源資源豐富。到2015年墨西哥下加州一帶有望成為墨西哥風(fēng)力發(fā)電的龍頭，其發(fā)展計(jì)劃是使風(fēng)力發(fā)電能力達(dá)到3810千瓦。墨西哥科學(xué)和技術(shù)全國委員會(huì)調(diào)研員表示，墨西哥美國邊境特別是靠近運(yùn)輸樞紐地帶，可以成為墨西哥重要風(fēng)力發(fā)電中心，并已經(jīng)有了發(fā)展規(guī)劃。墨西哥聯(lián)邦政府2010年曾提出充分利用該地區(qū)豐富的風(fēng)力和太陽能等可再生資源，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)風(fēng)力發(fā)電能力可達(dá)71000千瓦，比墨西哥全國發(fā)電設(shè)立能力高20000千瓦。目前該地區(qū)已有一個(gè)風(fēng)電工業(yè)園區(qū)，為周邊5個(gè)州輸送電力。第二個(gè)風(fēng)電發(fā)展計(jì)劃的設(shè)立能力為77千瓦，建37個(gè)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，投資約為億美元。我國風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀我國風(fēng)能資源分布我國風(fēng)能資源豐富，初步探明的風(fēng)能資源在陸地上約為億kW，平均風(fēng)能密度為100W/m2，近海沿海估計(jì)有億kW，總計(jì)約為10億kW，如果擴(kuò)展到50—60m以上高度，則風(fēng)能資源將至少在擴(kuò)展一倍。我國的陸地風(fēng)能資源主要分布在兩條風(fēng)帶上，一條是三北北部風(fēng)帶，另一條是東部沿海風(fēng)帶。三北（西北、華北和東北）地區(qū)可開發(fā)利用的風(fēng)能資源有2億kW，占全國陸地可開發(fā)利用風(fēng)能的79%，其中青海、甘肅、新疆和內(nèi)蒙古可開發(fā)的風(fēng)能資源儲(chǔ)量分別為1143萬kW、2421萬kW、3433萬kW和6178萬kW，是我國風(fēng)能儲(chǔ)量最豐富的地區(qū)。例如新疆有百里風(fēng)區(qū)和幾個(gè)大風(fēng)口，每年大風(fēng)日在300-330天之前，風(fēng)力平均6級(jí)以上，是十分優(yōu)質(zhì)的風(fēng)電資源；再如，內(nèi)蒙古是開發(fā)風(fēng)能最早的地區(qū)，到1995年底，約有15萬臺(tái)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，年發(fā)電12GW·h，可供60萬牧民用電，約占全區(qū)牧民的1/4。風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀我國的風(fēng)電事業(yè)起步較晚，在20世紀(jì)末，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制造還主要在于簡單的小型家用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國的風(fēng)電裝機(jī)容量開始快速增長，2009年當(dāng)年的裝機(jī)容量已超過歐洲各國，名列世界第二。2011年裝機(jī)總量到達(dá)驚人的62364MW。在表三中可以看出，中國風(fēng)電正經(jīng)歷一個(gè)跨越式發(fā)展，這對(duì)世界風(fēng)電的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。然而，表五中，我們能夠清楚的看出自2007年以后，雖然新增裝機(jī)量很大，但增速卻明顯下降，而其他國家，比如美國、德國，這些年維持著一個(gè)穩(wěn)定的增速。由此，我們應(yīng)該意識(shí)到，我國風(fēng)電，尤其是陸上風(fēng)電，正在進(jìn)入一個(gè)轉(zhuǎn)型期，從發(fā)展期進(jìn)入成熟期，從量的追求進(jìn)入到對(duì)質(zhì)的提升。圖表3中國每年風(fēng)電裝機(jī)量示意圖圖表4中國每年風(fēng)電新增裝機(jī)量圖表5每年裝機(jī)量增速示意圖2006年，我國實(shí)行了《可再生能源法》，以法律的形式鼓勵(lì)可再生能源的利用，對(duì)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)實(shí)行了各種優(yōu)惠和鼓勵(lì)發(fā)展政策，包括支持風(fēng)電發(fā)展的投資、信貸，對(duì)風(fēng)電實(shí)行稅收優(yōu)惠。在風(fēng)電入網(wǎng)方面，電網(wǎng)公司被強(qiáng)制接收計(jì)劃項(xiàng)目的風(fēng)力發(fā)電接入電網(wǎng)。在電價(jià)方面，對(duì)所有可再生能源實(shí)行公平分?jǐn)傇瓌t，即可再生能源發(fā)電價(jià)格高出當(dāng)?shù)仄骄暇W(wǎng)電價(jià)的部分，要在全國范圍內(nèi)的銷售電價(jià)中進(jìn)行分?jǐn)?。?jīng)過連續(xù)多年的快速發(fā)展，目前我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)不僅在規(guī)模上處于世界領(lǐng)先地位，在技術(shù)實(shí)力上也具備了趕超世界先進(jìn)水平的基礎(chǔ)。未來，如果能繼續(xù)依托國內(nèi)穩(wěn)定的市場拉動(dòng)，我國風(fēng)電將引領(lǐng)全球行業(yè)發(fā)展。而近兩年，中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的矛盾開始凸顯，并網(wǎng)瓶頸難解、棄風(fēng)限電不斷擴(kuò)大、裝機(jī)規(guī)模減小、企業(yè)利潤下降。一時(shí)間，行業(yè)能否持續(xù)發(fā)展以及如何發(fā)展被不?？絾?。任何一個(gè)行業(yè)在發(fā)展初期，都將遵循波動(dòng)上升的軌跡。風(fēng)電作為嶄新的事業(yè)，在前進(jìn)中遇到諸如觀念、體制、技術(shù)等方面的問題，都是正?，F(xiàn)象。上述“難題”并非無解。我們有理由相信，在政府和企業(yè)的共同努力下，我國風(fēng)電正在進(jìn)入一個(gè)平穩(wěn)增長期。風(fēng)能，依然是我們的希望之源。風(fēng)電發(fā)展中遇到的問題①風(fēng)電消納難的問題據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2011年全國棄風(fēng)超過100億千瓦時(shí)，東北和西北的部分省區(qū)棄風(fēng)都超過20%。風(fēng)電的消納問題已經(jīng)成為我國風(fēng)電發(fā)展的最大障礙。然而，從國內(nèi)外的實(shí)際情況看，10%，15%，20%等人們反復(fù)“預(yù)言”的電網(wǎng)消納風(fēng)電的上限已經(jīng)被現(xiàn)實(shí)證明都可以突破。丹麥風(fēng)電已經(jīng)連續(xù)幾年在全年電量中占比超過20%。在與中國風(fēng)電開發(fā)模式類似的西班牙，2011年全年風(fēng)電占比也達(dá)到16%。我國也有非常好的例子：截至3月底，蒙西電網(wǎng)風(fēng)電總裝機(jī)為890萬千瓦，占全網(wǎng)總裝機(jī)的%，已經(jīng)成為第二大主力電源。從今年3月29日開始，連續(xù)16天日平均上網(wǎng)電量超過蒙西電網(wǎng)總供電量的25%，短時(shí)間超過30%，且電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定。國外很多研究也表明：電網(wǎng)能夠接納大比例的風(fēng)電，制度和市場機(jī)制才是關(guān)鍵。我們面臨的接納難題，也同樣要通過建立健全市場化的電力體制，并通過利益調(diào)整，鼓勵(lì)和引導(dǎo)電力系統(tǒng)所有參與者發(fā)展可再生能源的積極性，充分挖掘潛力，才能得到根本性解決。②風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展問題行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展需要一定的市場規(guī)模作支撐。在國家政策層面，對(duì)新能源和可再生能源的支持力度有增無減。在實(shí)施中，政府所審批的項(xiàng)目數(shù)量，每年新增約1500萬千瓦，足可以支撐行業(yè)發(fā)展。③項(xiàng)目數(shù)量并未減少，但項(xiàng)目因種種原因而延緩開工導(dǎo)致這一問題的主要原因，是電網(wǎng)檢測要求對(duì)風(fēng)電場并網(wǎng)和新項(xiàng)目開工的影響。由于國內(nèi)低電壓穿越檢測資源緊缺、檢測周期長，風(fēng)電并網(wǎng)檢測工作進(jìn)展緩慢，導(dǎo)致大設(shè)備制造企業(yè)和完成相關(guān)改造的風(fēng)電場需要排隊(duì)等待檢測的情況。如果這種情況持續(xù)下去，必將影響行業(yè)正常發(fā)展。堅(jiān)持實(shí)事求是、多方參與原則，制定科學(xué)合理和適度的標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)相關(guān)能力建設(shè)，是解決這一問題的根本途徑。④過度競爭問題原則上講，一個(gè)市場化的產(chǎn)業(yè)，過度競爭可以加速淘汰缺乏競爭力的企業(yè)，使技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量過硬、服務(wù)優(yōu)質(zhì)的企業(yè)脫穎而出，從而進(jìn)一步提高產(chǎn)業(yè)集中度，最終促進(jìn)行業(yè)的良性發(fā)展。但是，我們所謂的“過度競爭”好像并未起到優(yōu)勝劣汰的作用，其實(shí)質(zhì)是“競爭不足”造成的一種無效競爭狀態(tài)。導(dǎo)致上述結(jié)果的原因有四：一是市場機(jī)制不夠健全，設(shè)備招標(biāo)采購等環(huán)節(jié)缺乏應(yīng)有的公平、公正、公開。一些關(guān)聯(lián)交易也阻礙了公平競爭;二是質(zhì)量信息透明度不夠，信息不對(duì)稱，市場缺乏甄別依據(jù)，導(dǎo)致劣幣驅(qū)除良幣;三是風(fēng)電作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)成為被政績和利潤追逐的熱點(diǎn)，尤其為具有強(qiáng)大的金融、土地、政策等資源優(yōu)勢的央企所青睞，大量非市場化因素的侵入使得行業(yè)內(nèi)公平競爭失效;四是地方政府以“資源換產(chǎn)業(yè)”的地方保護(hù)主義，致使企業(yè)產(chǎn)能無奈地“被擴(kuò)張”，更使一些效率不高的企業(yè)可以“偏安一隅”，在非開放性競爭環(huán)境中得以長期生存。第四章風(fēng)電發(fā)展趨勢及前景世界風(fēng)力發(fā)電發(fā)展趨勢早期的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備研究,由于受科學(xué)技術(shù)發(fā)展和材料的限制,同時(shí)受上世紀(jì)60年代石油價(jià)格下降的影響,一直處于停滯狀態(tài)。1973年以后,由于石油危機(jī)和礦物燃料發(fā)電所帶來的環(huán)境污染問題,歐美等國對(duì)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備研究投入了大量的人力和物力,充分利用空氣動(dòng)力學(xué)、新材料、計(jì)算機(jī)、電機(jī)及自動(dòng)控制等領(lǐng)域的新技術(shù),經(jīng)過10多年的發(fā)展,形成了現(xiàn)代風(fēng)機(jī)設(shè)備的制造理論和技術(shù)。未來數(shù)年世界風(fēng)力發(fā)展的趨勢如下：①風(fēng)力發(fā)電從陸地向海面拓展隨著風(fēng)電的發(fā)展,風(fēng)電場規(guī)模和單機(jī)容量越來越大,陸上風(fēng)電場因受環(huán)境因素的制約(占地、運(yùn)輸、吊裝、噪聲等),人們很自然把目光放到海上風(fēng)電場。海面的廣闊空間和巨大的風(fēng)能潛力使得風(fēng)機(jī)從陸地移向海面成為一種趨勢.目前只有少數(shù)國家建立了海上風(fēng)電場,但預(yù)計(jì)從2006年開始,歐洲的海上風(fēng)力發(fā)電將會(huì)大規(guī)模地起飛。一般認(rèn)為是陸上風(fēng)電機(jī)發(fā)展的極限。巨型風(fēng)電機(jī)其槳葉長度將達(dá)到60～70m,陸上運(yùn)輸極為困難,安裝用的吊車容量將超過1200～1400噸,大部分地區(qū)不具備這個(gè)條件。因噪聲和龐大的體積使陸上選址及運(yùn)輸遭遇很大困難,而這些問題對(duì)于海上風(fēng)電來說相對(duì)比較容易解決,海上運(yùn)輸方便(制造廠在海邊),海上浮吊容量大(超過1500噸的浮吊已比較普遍)。海上風(fēng)電場。它的特點(diǎn)是風(fēng)速高、發(fā)電量達(dá)；湍流小，減少機(jī)組疲勞載荷，延長使用壽命。但接入電力系統(tǒng)和機(jī)組基礎(chǔ)成本高,占總投資的一半以上。海上風(fēng)電場研究開發(fā)的主要課題有海底風(fēng)電機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),將基礎(chǔ)設(shè)計(jì)壽命提高到60年，第1臺(tái)風(fēng)電機(jī)報(bào)廢后，第2臺(tái)可繼續(xù)使用同一個(gè)基礎(chǔ)；另外，開發(fā)單機(jī)容量2000-5000kW的超大型風(fēng)電機(jī)，將來海上風(fēng)電場的發(fā)電成本有可能與陸上相同。我國海岸線較長,可利用的海洋風(fēng)能資源豐富,發(fā)展海上風(fēng)電場也是我國風(fēng)力發(fā)電的一個(gè)發(fā)展方向。②單機(jī)容量進(jìn)一步增大目前,在我國風(fēng)電場進(jìn)行的主力機(jī)組大都是600(660)kW級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。但從國外發(fā)展情況來看,兆瓦級(jí)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已是歐美各國制造廠競相發(fā)展的方向,1～2MW機(jī)組技術(shù)上已成熟,并投入商業(yè)化運(yùn)行,在實(shí)際應(yīng)用中日益普及。風(fēng)電機(jī)容量的增大有利于提高風(fēng)能利用效率、降低單位成本(如由300kW提升到1MW.單位成本下降25%)、擴(kuò)大風(fēng)電場的規(guī)模效應(yīng)、減少風(fēng)電場的占地面積（如10萬kW風(fēng)電場采用機(jī)組,其占地面積僅為采用600kW機(jī)組的五分之一。隨著風(fēng)電機(jī)單機(jī)容量的不斷增大,為了便于運(yùn)輸和吊裝,要求風(fēng)電機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上做到緊湊、柔性和輕盈化。特別是其頂部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),因?yàn)榫薮笮惋L(fēng)電機(jī)如果按常規(guī)設(shè)計(jì),級(jí)的風(fēng)電及其頂部的重量為300-500噸，因此在設(shè)計(jì)上要簡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。如充分利用高新復(fù)合材料的葉片,以加長風(fēng)機(jī)葉片長度;省去發(fā)電機(jī)軸承,發(fā)電機(jī)直接與齒輪箱相連,被直接置于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),同時(shí)使轉(zhuǎn)矩引起振動(dòng)最小;無變速箱系統(tǒng),采用多極發(fā)電機(jī)與風(fēng)輪直聯(lián);發(fā)電機(jī)的中速永久磁鐵采用水冷方式;調(diào)向系統(tǒng)放在塔架底部;整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)被置于緊湊的整鑄框架上,使荷載力以最佳方式從輪轂傳導(dǎo)到塔筒上等。因此,各風(fēng)電機(jī)制造商都在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的緊湊、柔性和輕盈化做了大量工作。③新方案和新技術(shù)不斷被采用在功率調(diào)節(jié)方式上,變速恒頻技術(shù)和變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)將得到更多的應(yīng)用;在發(fā)電機(jī)類型上,控制靈活的無刷雙饋型感應(yīng)發(fā)電機(jī)和設(shè)計(jì)簡單的永磁發(fā)電機(jī)將成為風(fēng)力發(fā)電的新寵;在勵(lì)磁電源上,隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,新型變換器不斷出現(xiàn),變換器性能得到不斷的改善;在控制技術(shù)上,計(jì)算機(jī)分布式控制技術(shù)和新的控制理論將進(jìn)一步得到應(yīng)用;在驅(qū)動(dòng)方式上,免齒輪箱的直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)將更加吸引人們的注意。我國風(fēng)力發(fā)電前景展望雖然風(fēng)能在我國的發(fā)展前景良好，但就目前的情形來看，風(fēng)能在中國的開發(fā)利用率低，風(fēng)電發(fā)展甚至落后于同為發(fā)展中國家的印度。中國的風(fēng)力資源豐富，應(yīng)當(dāng)被合理地利用起來。風(fēng)力發(fā)電的成本較低，又能夠在大范圍內(nèi)取得，非常干凈，沒有污染，只要合理利用就不會(huì)對(duì)氣候造成影響。風(fēng)能的利用比較簡單，且機(jī)動(dòng)靈活，非常適合在我國大力發(fā)展并為我所用。其實(shí)我國對(duì)風(fēng)能利用的起步并不比其他國家晚太多，但卻沒能很好地發(fā)展，主要是因?yàn)閲乙?guī)劃的目標(biāo)多次沒有實(shí)現(xiàn)，理想與現(xiàn)實(shí)差距甚遠(yuǎn)。據(jù)有關(guān)專家指出，我國風(fēng)力發(fā)電發(fā)展緩慢的原因主要有三。第一，就是國家對(duì)于風(fēng)能利用的戰(zhàn)略意義認(rèn)識(shí)不足。風(fēng)力發(fā)電在中國沒有得到足夠的重視，國家也沒有采取有效的措施來發(fā)展風(fēng)電。第二，就是缺乏長期的發(fā)展計(jì)劃。正是因?yàn)槿狈膭?lì)風(fēng)電發(fā)展的措施，才導(dǎo)致資金不足等問題。缺少了國家的大力支持，風(fēng)力發(fā)電在中國就很難迅速地發(fā)展。第三，就是產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，成本高。由于受國產(chǎn)風(fēng)機(jī)的制約，大多風(fēng)電場應(yīng)用進(jìn)口風(fēng)機(jī)，風(fēng)電設(shè)備昂貴，