风力发电的基本原理范文第1篇
风以一定的速度和攻角作用在桨叶上，使桨叶产生旋转力矩而转动，将风的能量转变成机械能，风越大，风轮接受风的能量也越大，风轮转得就越快。
风力发电机原理
漆包铜线绕成线圈，用永久磁铁产生磁场，线圈在磁场中旋转，切割磁力线产生电动势，线圈转得越快，切割磁力线的速度就越高，产生的电压也越高，对外电路提供的功率就越大，线圈和磁铁相对旋转的动力来源于风轮，通过风轮和发电机就可以将风的能量转变成电能。
控制器的作用
控制器的作用主要有：充电、防止电瓶过充电、防止电瓶过放电、给发电机提供泄荷通路。
A、发电机发出的是单相或三相交流电，给直流电瓶充电需要直流电，通过整流管将交流变直流(整流)给电瓶充电。
B、铅酸蓄电瓶充满电后，继续大电流充电，就造成电瓶过充电，电瓶充满后过充造成电瓶液的损耗、极板变形，严重影响电瓶使用寿命。
C、铅酸蓄电瓶对外放电到其70%的额定容量时，应立即停止对外放电，否则过度放电，将导致极板弯曲，板栅损坏，活性物质脱落，造成电瓶容量不可恢复的减退，甚至导致电瓶失效。
D、电瓶充满后，风力发电机发出的电不能提供给电瓶，控制系统断开充电线路，这时风力发电机发出的电没有了去路，发电机失去了负载，发电机的阻力变得很小，这时发电机的转速就会成倍升高，若遇到强风，发电机转速就会迅速升高，叶轮越转越快，造成飞车。因此，必须给发电机提供一负载来泄荷，通常泄荷是由电阻来承担，将发电机发出的电能通过泄荷电阻转化成热能消耗掉。
逆变器的作用
风力发电的基本原理范文第2篇
风以一定的速度和攻角作用在桨叶上，使桨叶产生旋转力矩而转动，将风的能量转变成机械能，风越大，风轮接受风的能量也越大，风轮转得就越快。
风力发电机原理
漆包铜线绕成线圈，用永久磁铁产生磁场，线圈在磁场中旋转，切割磁力线产生电动势，线圈转得越快，切割磁力线的速度就越高，产生的电压也越高，对外电路提供的功率就越大，线圈和磁铁相对旋转的动力来源于风轮，通过风轮和发电机就可以将风的能量转变成电能。
控制器的作用
控制器的作用主要有：充电、防止电瓶过充电、防止电瓶过放电、给发电机提供泄荷通路。
A、发电机发出的是单相或三相交流电，给直流电瓶充电需要直流电，通过整流管将交流变直流(整流)给电瓶充电。
B、铅酸蓄电瓶充满电后，继续大电流充电，就造成电瓶过充电，电瓶充满后过充造成电瓶液的损耗、极板变形，严重影响电瓶使用寿命。
C、铅酸蓄电瓶对外放电到其70%的额定容量时，应立即停止对外放电，否则过度放电，将导致极板弯曲，板栅损坏，活性物质脱落，造成电瓶容量不可恢复的减退，甚至导致电瓶失效。
D、电瓶充满后，风力发电机发出的电不能提供给电瓶，控制系统断开充电线路，这时风力发电机发出的电没有了去路，发电机失去了负载，发电机的阻力变得很小，这时发电机的转速就会成倍升高，若遇到强风，发电机转速就会迅速升高，叶轮越转越快，造成飞车。因此，必须给发电机提供一负载来泄荷，通常泄荷是由电阻来承担，将发电机发出的电能通过泄荷电阻转化成热能消耗掉。
逆变器的作用
风力发电的基本原理范文第3篇
摘要：本文对中国风能现状及资源分布，近年来中国风力产业的发展状况以及复合材料在风电叶片上的应用进行论述。
关键词：风力发电;发展状况;复合材料;风电叶片
Abstract:This review concerns about the stituation and resource distribution of windy energy in China,the development status of chinese wind power-generation enterprises and the application of composites in wind power-generation.
Key words:Wind power-generation;Development status;Composites;Wind turbine blade 引言
社会经济的持续发展导致能源消耗不断增加，我们正面临日益严峻的能源形势。全球范围的石油、天然气能源逐渐枯竭，环境恶化等因素迫使我们寻找更加清洁、可持续发展的新能源，风力发电应运而生。中国风能资源非常丰富，主要集中在三北地区及东部沿海风能丰富带。
风力发电产业市场巨大，竞争激烈。据估计，2006到2010年之间，我国风电叶片的需求量大约在7000多片，2011到2020年的需求量则将达到惊人的50000片。巨大的市场前景使得目前风机行业的竞争空前激烈。整机方面，目前国际市场格局已初步成型。2005年全球超过75%的市场份额被丹麦Vestas、西班牙Gamesa、德国Enercon和美国GE WIND四家企业占据，新进入企业的生存空间不大;国内的整机生产企业中，新疆金风、浙江运达、大连重工集团、东方汽轮机厂等几家的市场前景被业界看好，这其中又以新疆金风科技在国内品牌中的市场份额最大。叶片市场的情况与整机基本类似，单是丹麦LM Glasfiber公司一家就占据了国际市场40%以上的份额，其产品被GE WIND、西门子、Repower、Nordex等公司全部或部分采用;另外Vestas和Enercon公司也拥有各自的叶片生产部门。国内的叶片生产企业主要有中航保定惠腾、连云港中复连众复合材料集团等。
风电叶片作为风力发电机组系统最关键、最核心的部件之一.叶片的设计及其采用的材料决定着风力发电机组的性能和功率，也决定着其电力成本及价格。复合材料在风力发电上的应用，实际上主要是在风电叶片上的应用。风电叶片占风力发电整个系统成本的20%到30%。制造叶片的材料工艺对其成本有决定性影响，因此材料的选择、制备工艺的优化对风电叶片十分重要。
1.中国风能资源及其分布
1.1中国风能资源
据有关研究成果预测，我国风能仅次于俄罗斯和美国，居世界第三位，理论储32260GW，陆地上离地10m高可开发和利用的风能储量约为2.53亿kw(依据陆地上离地10m高度资料计算)，近海(水深不超过10米)区域，离海面10米高度层可开发和利用的风能储量约为7.5亿kW，共计10亿kW，风能资源非常丰富。
1.2中国风能资源分布
风能资源丰富的地区主要分布在东南沿海及附近岛屿以及“三北”(东北、华北、西北)地区。另外，内陆也有个别风能丰富点，海上风能资源也非常丰富。“三北”地区包括东北3省、河北、内蒙古、甘肃、青海、西藏和新疆等省自治区近200km宽的地带，风功率密度在200~300W/m2以上，有的可达500W/m2以上，可开发利用的风能储量约2亿kW，约占全国陆地可利用储量的79%。该地区风电场地形平坦，交通方便，没有破坏性风速，是我国连成一片的最大风能资源区，有利于大规模的开发风电场。包括山东，广西和海南等省市沿海近10km宽的地带，年有效风功率密度在200W/m2以上，沿海岛屿风功率密度在500W/m2以上，风功率密度线平行于海岸线，可开发利用储量为0.11亿kW，约占全国陆地可利用储量的4%。东南沿海及其岛屿是我国风能最佳丰富区。我国有海岸线1800km，岛屿6000多个，大有风能开发利用的前景。
2.近年来中国风电产业发展
2.1产业发展现状
2000至2009年10年间，中国风能产业飞速发展，风能累计装机的容量平均的怎张速度高达72.8%。从2005年起，总装机容量的增长速度超过了100%。截止到2009年12月31日，中国(不含台湾省)风电累计装机超过1000MW的省份超过9个，其中超过2000MW的省份4个，分别为内蒙古(9196.2MW)河北(2788.1 MW)辽宁(2425.3MW)吉林(2063.9MW)内蒙古2009年当年新增装机5545MW，累计装机9196.2MW，实现150%的大幅度增长。
从风电零部件制造方面来看，据统计，2004年中国仅有6家风力涡轮机制造商，2009年这一数字已提高到80家以上。已开始生产的内资叶片企业52家，轴承企业16家，齿轮箱企业10家，变流器企业12家，塔筒生产企业则有近100家。其中，叶片制造企业中复连众、中材科技年供货已超过500套，中航惠腾年供货超过2000套;轴承制造企业洛轴、瓦轴、天马等已具备批量主轴轴承生产供应能力齿轮箱制造企业中南高齿年产超过3000台，大重减速机超过2000台、重齿超过1000台;
从风电整机制造方面来看，2009年，华锐风电、金风科技和四川东汽继续保持市场前“三甲“的位置，华锐新增装机34.5万kW，金风新增装机272.2万kW，东汽新增装机203.5万kW。联合动力以装机容量768MW，占中国新增市场5.6%的优势，排名全国第四。随着国产整机产能释放及零部件配套能力增强，产业链瓶颈将消除，产业发展迅速;风电设备市场呈现寡头垄断格局，避免了市场无序竞争，有利于领头企业做大做强。2009年我国新增风电装机及累计装机排名前10名制造企业市场份额。内资变流器制造企业供应能力增强，质量获得客户认可。可见，国内风电零部件产业发展的繁荣景象。
2.2国家的优惠政策
中国颁布的政策主要从两个方面扶持风电行业，一方面是通过财政补贴、电网全额收购、确定风电并网价格，以保证风力发电项目合理盈利，从经纪商进行促进;另一方面是在国内市场启动的同时，扶持风机制造业发展，为中长期的风电产业发展奠定基础。归纳为一下四大点：
(1) 风电全额上网
2006年1月1日开始实施《可再生能源法》。该法要求电网企业为可再生能源电力上网提供方便，并全额收购符合标准的可再生能源电量，以使可再生能源电力企业得以生存，并逐步提高其能源市场的竞争力。
(2) 财税扶持
考虑到现阶段可再生能源开发利用的投资成本比较高，《可再生能源法》还分别就设立可再生能源发展专项资金为加快技术开发和市场形成提供援助，为可再生能源开发利用项目提供有财政贴息优惠的贷款，对列入可再生能源产业发展指导目标的项目提供税收优惠等扶持措施作了规定。
(4) 上网电价
当前风电定价采用特许权招标方式，导致一些企业以不合理的低价进行投标。风电特许权招标先后作出了三次修改，总的看来，电价在招标中的比重有所减少;技术、国产化率等指标有所加强;风电政策已由过去的注重发电专项了注重扶持中国企业风电设备制造。目前，有关部门正在抓紧研究风电电价调整的具体办法，调整的原则将有利于可再生能源的开发，特许权招标的定价方式有可能改变，2008年1月第五期风电特许权招标采取中间价方式，就是一个最新的尝试和探索，避免了恶性低价的竞争局面，有助于风电电价开始向理性回归，有利于整个风电产业的发展。
(4) 国产化率要求
2005年7月国家出台了《关于风电建设管理有关要求的通知》，明确规定了风电设备国产化率要达到70%以上，为满足要求的风电场建设不许建设，进口设备要按章纳税。2006年风电特许权招标原则规定：每个投标人必须有一个风电设备制造商参与，而且风电设备制造商要向招标人提供保证供应复合75%国产化率风电机组承诺函。投标人在中标后必须并且只能采用投标书中所确定的制造商生产的风机。在政策扶持下，2007年风机国产化率已经达到56%，2010年风机国产化率也达到85%以上。
2.3风电产业发展趋势
我国海上资源丰富，发展海上风电，将依托于风能资源丰富的海域，同时以“建设大基地、融入大电网”的方式进行整体规划和布局。目前，我国海上风电开发已经启动，国内对大容量风电机组的需求也在增加，国内风电制造企业纷纷开发大容量海上风电机组。华锐、金风、东汽、联合动力、湘电、明阳等都已开始5MW及以上风力发电机组研发。相信随着整机及零部件技术的不断进步，大容量海上风电的规模化化发展。
3.复合材料在风电叶片上的应用
风力发电装置最核心的部分是叶片，叶片的结构与性能将直接影响到风力发电的效率及性能。风电叶片的成本占整个风力发电装置成本的20%左右，因此采用廉价、性能优异的复合材料成为了许多企业研究的方向。现在使用比较多的复合材料有玻璃纤维增强聚酯树脂、玻璃纤维增强环氧树脂，局部采用玻璃纤维或者碳纤维增强环氧树脂作为主承力结构。
3.1碳纤维增强复合材料及其优点
碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得的微晶石墨材料。碳纤维是一种力学性能优异的新材料。它的比重不到钢的1/4。碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500MP以上，是钢的7~9倍。抗拉弹性模量为材料的强度与其密度之比可达到2000MPa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59MPa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大。碳纤维的轴向强度和模量高、无蠕变。耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低，X射线透过性好。但其耐冲击性较差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此，碳纤维在使用前须进行表面处理。
使用碳纤维增强复合材料能大幅度减少叶片的重量 ，而且比一般的玻璃纤维的增强体模量高3到8倍，可以用于大型风机叶片。碳纤维复合材料具有优异的抗疲劳特性，与树脂混合后能够抵抗恶劣的天气条件。
3.2TM玻璃纤维增强复合材料
TM玻璃纤维具有高强度、高模量的性能，具有较高的抗拉强度、弹性模量、耐疲劳强度、耐性和耐化学腐蚀性。其密度为2.59-2.63g/cm3，拉伸强度为3000~3200MPa,模量为84～86GPa。是大型风电叶片的首选，但是其密度相比于上述的碳纤维增强体要高，所以其缺点是重量太大。TM玻璃纤维中不含硼和氟，是一种环保型的材料。
4.结论
我国是最早利用风能的国家，国家对风能这种清洁的可再生能源的高度重视，新型复合材料在风电叶片上的应用有利于风电产业的发展，我国风电业将进入一个崭新的大规模高速发展阶段。
风力发电的基本原理范文第4篇
风能是一种可再生的清洁能源。近30年来，国际上在风能的利用方面，无论是理论研究还是应用研究都取得了重大进步。风力发电技术日臻完善，并网型风力发电机单机额定功率最大已经到5MW，叶轮直径达到126m。截止2005年世界装机容量已达58,982MW，风力发电量占全球电量的1%。中国成为亚洲风电产业发展的主要推动者之一，其总装机容量居世界第8位，2005年新增装机容量居世界第6位。今后，国内外风力发电技术和产业的发展速度将明显加快。
1 引
言
风是最常见的自然现象之一，是太阳对地球表面不均衡加热而引起的“空气流动”，流动空气具有的动能称之为风能。因此，风能是一种广义的太阳能。据世界气象组织(WMO)和中国气象局气象科学研究院分析，地球上可利用的风能资源为200亿kW，是地球上可利用水能的20倍。中国陆地10m高度层可利用的风能为2.53亿kW，海上可利用的风能是陆地上的3倍，50m高度层可利用的风能是10m高度层的2倍，风能资源非常丰富。
风能是一种技术比较成熟、很有开发利用前景的可再生能源之一[1]。风能的利用方式不仅有风力发电、风力提水，而且还有风力致热、风帆助航等。因此，开发利用风能对世界各国科技工作者具有极强的魅力，从而唤起了世界众多的科学家致力于风能利用方面的研究。在本文中，将对国内外风力发电技术的现状和发展趋势进行论述。
2 风力发电基本知识
2.1 风能的计算公式
空气运动具有动能。风能是指风所具有的动能。如果风力发电机叶轮的断面积为A，则当风速为V的风流经叶轮时，单位时间风传递给叶轮的风能为
(1)
其中：单位时间质量流量m=ρAV
(2)
在实际中，式中：
PW—每秒空气流过风力发电机叶轮断面面积的风能，即风能功率，W;
(3) Cp—叶轮的风能利用系数;
m—齿轮箱和传动系统的机械效率，一般为0.80—0.95，直驱式风力发电机为1.0; e—发电机效率，一般为0.70—0.98; —空气密度，kg/m3;
A—风力发电机叶轮旋转一周所扫过的面积，m2; V—风速，m/s。
2.2 贝茨(Betz)理论
第一个关于风轮的完整理论是由德国哥廷根研究所的A·贝茨于1926年建立的。
贝茨假定风轮是理想的，也就是说没有轮毂，而叶片数是无穷多，并且对通过风轮的气流没有阻力。因此这是一个纯粹的能量转换器。此外还进一步假设气流在整个风轮扫掠面上的气流是均匀的，气流速度的方向无论在风轮前后还是通过时都是沿着风轮轴线的。
通过分析一个放置在移动空气中的“理想”风轮得出风轮所能产生的最大功率为
—空气密度，kg/m3;
(4)
式中：Pmax—风轮所能产生的最大功率;
A—风力发电机叶轮旋转一周所扫过的面积，m2; V—风速，m/s。
这个表达式称为贝茨公式。其假定条件是风速与风轮轴方向一致并在整个风轮扫掠面上是均匀的[2]。 将(4)式除以气流通过扫掠面A时风所具有的动能，可推得风力机的理论最大效率
(5)
(5)式即为有名的贝兹(Betz)理论的极限值。它说明，风力机从自然风中所能索取的能量是有限的，其功率损失部分可以解释为留在尾流中的旋转动能。
能量的转换将导致功率的下降，它随所采用的风力机和发电机的型式而异，因此，风力机的实际风能利用系数Cp<0.593[3]。
2.3 温度、大气压力和空气密度
通过温度计和气压计测试出实验地点的环境温度和大气压，由下式计算出空气密度。
(6)
式中：ρ—空气密度，kg/m3; h—当地大气压力，Pa; t—温度，℃。
从空气密度公式可以看出，空气密度的大小与大气压力、温度有关。
2.4 风力机的主要组成
1) 小型风力发电机
小型水平轴风力机主要组成部分有：风轮、发电机、塔架、调向机构、蓄能系统、逆变器等。 (1)风轮 风轮是风力机从风中吸收能量的部件，其作用是把空气流动的动能转变为风轮旋转的机械能。水平轴风力发电机的风轮是由1~3个叶片组成的。叶片的结构形式多样，材料因风力机型号和功率大小而定，如木心外蒙玻璃钢叶片、玻璃纤维增强塑料树脂叶片等。
(2)发电机
在风力发电机中，已采用的发电机有3种，即直流发电机、同步交流发电机和异步交流发电机。小型风力发电机多采用同步或异步交流发电机，发出的交流电通过整流装置转换成直流电。
(3)塔架
塔架用于支撑 发电机和调向机构等。因风速随离地面的高度增加而增加，塔架越高，风轮单位面积捕捉的风能越多，但造价、安装费等也随之加大。
(4)调向机构
垂直轴风力机可接受任何方向吹来的风，因此不需要调向机构。对于水平轴风力机，为了得到最高的风能利用效率，应用风轮的旋转面经常对准风向，需要对风装置。常用的调向机构主要有尾舵、舵轮、电动对风装置。
(5)限速机构
当风速高于风力机的设计风速时，为了防止叶片损坏，需要对风轮转速进行控制。 (6)贮能装置
贮能装置对独立运行的小型风力机是十分重要的。其贮能方式有热能贮能、化学能贮存。 (7)逆变器
用于将直流电转换为交流电，以满足交流电气设备用电的要求。 2) 大型风力发电机
大型风力发电机组由两大部分组成：气动机械部分和电气部分。气动机械部分包括风轮、低速轴、增速齿轮箱、高速轴，其功能是驱动发电机转子，将风能转换为机械能。电气部分包括异步发电机、电力电子变频器、变压器和电网，其功能是将机械能转换为频率恒定的电能。近年来，又研制成功了直驱式变速恒频风力发电机组(无增速齿轮箱)。
3 风力机与风力发电技术
3.1 风力机与风力发电技术的发展史
风能，是人类最早使用的能源之一。远在公元前2000年，埃及、波斯等国已出现帆船和风磨，中世纪荷兰与美国已有用于排灌的水平轴风车。我国是世界上最早利用风能的国家之一，早在距今1800年前，我国就有风力提水的记载。1890年丹麦的P·拉库尔研制成功了风力发电机，1908年丹麦已建成几百个小型风力发电站。自二十世纪初至二十世纪六十年代末，一些国家对风能资源的开发，尚处于小规模的利用阶段[4]。
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，到二十世纪六十年代末相继都停止了运转。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，它为二十世纪七十年代后期的大发展奠定了基础。
1980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Bonus 450kW单机组成，总装机4.95MW。随后荷兰、瑞典、英国相继建成了自己的海上风电场。
目前，已经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、Bonus和德国著名的Enercon公司。单机额定功率覆盖范围从2MW、2.3MW、3.6MW、4.2MW、4.5MW到5MW。叶轮直径从80m、82.4m、100m、110m、114m、116m到126m。
3.2 风力机的种类
风力发电机是把风能转换为电能的装置，鉴于风力发电机种类繁多，因此分类法也是多种。按叶片数量分，单叶片，双叶片，三叶片，四叶片和多叶片;按主轴与地面的相对位置分，水平轴、垂直轴(立轴)式;按桨叶工作原理分，升力型、阻力型。目前风力发电机三叶片水平轴类型居多。
水平轴风力机，风轮的旋转轴与风向平行，如图1所示;垂直轴风力机，风轮的旋转轴垂直于地面或气流方向，如图2所示。
4 国内外风力发电的现状
4.1 世界风力发电的现状
目前，中、大型风力发电机组已在世界上40多个国家陆地和近海并网运行，风电增长率比其它电源增长率高的趋势仍然继续。如表1所示，截止2005年12月31日世界装机容量已达58,982MW，年装机容量为11,310MW，增长率为24%;风力发电量占全球电量的1%，部分国家及地区已达20%甚至更多。2005年世界风电累计装机容量最多的十个国家见表2，前十名合计51750.9MW，约占世界总装机容量的87.7%。
2005年国际风电市场份额的分布多样化进程呈持续发展趋势：有11个国家的装机容量已高于1,000MW，其中7个欧洲国家(德国、西班牙、意大利、丹麦、英国、荷兰、葡萄牙)，3个亚洲国家(印度、中国、日本)，还有美国。亚洲正成为发展全球风电的新生力量，其增长率为48%[5]。
2002年欧洲风能协会(EWEA)与绿色和平组织(Greenpeace International)发表了一份标题为“风力 12(Wind Force 12)”的报告，勾画了风电在2020年达到世界电量12%的蓝图。报告声明这份文件不是预测，而是从世界风能资源、世界电力需求的增长和电网容量、风电市场发展趋势和潜在的增长率、与核电和大水电等其他电源技术发展历程的比较以及减排CO2等温室气体的要求，论证了风电达到世界电量12%的可能性。报告还指出中国2020年风电装机有可能达到1.7亿千瓦[6]、[7]。
国内风力发电的现状
根据国家气象科学院的估算[8]，我国陆地地面10米高度层风能的理论可开发量为32亿kW，实际可开发量为2.53亿kW。海上风能可开发量是陆地风能储量的3倍。 内蒙古 实际可开发量
0.618亿kW 西藏
实际可开发量
0.408亿kW 新疆
实际可开发量
0.343亿kW 青海
实际可开发量
0.242亿kW 黑龙江
实际可开发量
0.172亿kW
2005年中国除台湾省外新增风电机组592台，装机容量50.3万kW。与2004年当年新增装机19.8万kW相比，2005年当年新增装机增长率为254%。
截至2005年底，中国除台湾省外累计风电机组1864台，装机容量126.6万kW，风电场62个。分布在15个省(市、自治区、特别行政区)，它们按装机容量排序如表3所示。与2004年累计装机76.4万kW相比，2005年累计装机增长率为65.6%。2005年风电上网电量约15.3亿kW.h[9]。
中国“十一五”国家科技支撑计划重大项目“大功率风电机组研制与示范”支持1.5~2.5MW、2.5MW以上双馈式变速恒频风电机组的研制;1.5~2.5MW、2.5MW以上直驱式变速恒频风电机组的研制;1.5MW以上风电机组叶片、齿轮箱、双馈式发电机、直驱式永磁发电机的研制及产业化;1.5MW以上双馈式风电机组控制系统及变流器、直驱式风电机组控制系统及变流器的研制及产业化;近海风电场建设关键技术的研究;近海风电机组安装及维护专用设备的研制;大型风电机组相关标准制定及风电技术发展分析等16个课题的研究[10]。“十一五”末，我国风电技术的自主研发能力将接近世界前沿水平。
4.3小型风力发电机
4.3.1小型风力发电机行业现状
作为农村可再生能源主要支柱之一的小型风力发电行业在2005年度得到长足的发展，从事小型风电产业的开发、研制、生产单位达到70家。据23个生产企业报表统计，2005年共生产30kW以下独立运行的小型风力发电机组共33,253台，比上年增长34.4%，其中200W、300W、500W机组共生产24,123台，占全年总产量的72.5%;15个单位共出口小型风力发电机组5,884台，比上年增长40.7%，创汇282.7万美元，主要出口到菲律宾、越南等24个国家和地区。并且，由于汽油、柴油、煤油价格飞涨，且供应渠道不畅通，内陆、江湖、渔船、边防哨所、部队、气象站和微波站等使用柴油发电机的用户逐步改用风力发电机或风光互补发电系统。
4.3.2 小型风力发电机行业发展趋势
1) 由于广大农牧民生活水平提高、用电量不断增加，因此小型风力发电机组单机功率在继续提高，50W机组不再生产，100W、150W机组产量逐年下降，而200W、300W、500W和1kW机组逐年增加，占总年产量的80%。
2) 由于广大农民迫切希望不间断用电，因此“风光互补发电系统”的推广应用明显加快，并向多台组合式发展，成为今后一段时间的发展方向。
3) 随着国家《可再生能源法》及《可再生能源产业指导目录》的制定，相继还会有多种配套措施及税收优惠扶植政策出台，必将提高生产企业的生产积极性，促进产业发展。
4) 目前我国尚有2.8万个村、700万户、2,800万人口没有用上电，且分散居住在边远山区、农牧区、常规电网很难达到，有关专家分析700万无电用户中、300万户可用微水电解决用电，而400万户可以用小型风力发电或风光互补发电，满足农牧民用电需要[11]。 4.3.3浓缩风能型风力发电机
浓缩风能型风力发电机由内蒙古农业大学新能源技术研究所研制，已获得中国实用新型专利(专利号：ZL94244155.9)。该型风电机组将稀薄的风能经浓缩风能装置加速、整流和均匀化后驱动叶轮旋转发电，从而提高了风能的能流密度，降低了自然风的湍流度，改善了风能的不稳定等弱点，提高了风能品位，降低了风电度电成本。该风力发电机具有的切入风速低、发电量大、噪音低、安全性高、寿命长、度电成本低等特点。 浓缩风能型风力发电机可独立运行、风光互补运行、多机联网运行和并入低压电网运行。现已研制开发的系列产品有200W、300W、600W、1kW、2kW等机组。浓缩风能型风力发电机经过中试后，可以向中、大型机组发展。这种新型风电技术在中国和世界的应用，将有效地提高风电系统的供电水平和质量，有效地利用低品位的风能，提高风电商品竞争力，具有重要的经济益和生态环保效益[12]。
5 结
论
在今后的20年内，国际上风力发电产业将是增长速度最快的产业，风力发电技术也将进入快速发展的黄金时期;在中国，并网型风力发电机组装机容量增长速度将明显加快，令世界瞩目，离网型风力发电机组发展的地域广、潜力大，装机总容量最终将超过并网型风力发电机组。
田德，吉林松原人，1958年8月生。内蒙古农业大学教授，华北电力大学教授，博士生导师。1985年赴日本留学，1992年9月获得日本明星大学电气工程学博士学位。现任中国农业工程学会理事、中国太阳能学会理事、《太阳能学报》编委、全国“百千万人才工程”第
一、二层次人选。享受国务院政府特殊津贴。省级中青年突贡专家。省级优秀留学回国人员。主持完成的项目获内蒙古自治区科技进步一等奖1项，已获得中国实用新型专利1项。正申请国家发明专利3项。发表研究论文50余篇，多篇被EI收录。主持完成和正在主持的科研项目有：3项国家自然科学基金资助项目、3项国际合作项目、1项国家“十一五”科技攻关项目、9项省部级项目、3项横向项目。现从事离网型风力发电系统、并网型风力发电系统和可再生能源利用的研究。
[参考文献] [1]贺德馨.2020年中国的科学和技术发展研究[J].科技和产业,2004,4(1):36. [2][法]D·勒古里雷斯(著),施鹏飞(译).风力机的理论与设计[M].北京:机械工业出版社,1987:31~33. [3]叶杭冶.风力发电机组的控制技术[M].北京:机械工业出版社,2006:11~13. [4]陈云程,陈孝耀,朱成名,等.风力机设计与应用[M].上海:上海科学技术出版社,1990:1~11,48~51 [5]世界风能协会.2005年全球风能统计[J].中国风能，2006(1)：17~20
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风力发电的基本原理范文第5篇
1 国内外风电发展现状
1.1 国外风电发展现状
进入21世纪, 全球可再生能源在不断发展, 而在可再生能源中风能始终保持最快的增长态势, 并成为继石油燃料、化土燃料之后的核心能源, 目前世界风能发电厂以每年29%的增长速度在发展, 根据全球风能协会 (GWEC) 的统计, 至2009年底, 全球风力发电机总装机容量达74.2GW, 较2008年的59.1GW增长27%, 如表1。由此可见, 风电正在以超预期的发展速度不断增长。如今在全球的风能发展中, 欧洲风能发电的发展速度很快, 预计15年之后欧洲人口的一半将会使用风电。亚洲地区风力发电与美欧相比还比较缓慢, 除印度一支独秀以外, 其它国家风电装机容量均很小。风电累计装机容量居前五位 (到2006年底) 的国家依次是:德国 (20620MW) , 西班牙 (11615MW) 、美国 (11603MW) 、印度 (6270MW) 和丹麦 (3136MW) 。表2为2009年底全球前十大风力发电市场总装机容量及市场占有率。
欧洲是目前全世界风力发电发展速度最快, 同时也是风电装机最多的地区。2010底欧洲地区累计风电装机容量为7708万k W, 约占全球风电总装机容量的51%。尽管2010年欧洲风电装机增长幅度有所放缓, 年增幅由2010年的58%降为2009年的51%, 不过随着一些欧洲国家海上风电项目的发展, 预计欧洲地区风电装机仍将维持快速增长的势头。其次为亚洲24.3% (3679MW) 和北美洲地区21.3% (3230MW) , 其它地区合计市场占有率为3.7% (580MW) , 如图1所示。
1.2 国内风电发展现状
我国风电事业起步较晚, 但是基于国家政策和资金的支持, 风力发电得到了快速的发展。我国从70年代开始进行并网型风力发电的尝试。1983年山东荣成引进3台丹麦55k W风力发电机组, 开始了并网型风力发电技术的试验与示范;1986年, 新疆达坂城安装了1台丹麦100k W风力发电机组;1989年安装了13台150k W风力发电机组;内蒙古安装了5台美国100k W风力发电机组, 开始了我国风电场的运行实验与示范。1996年底总装机容量为5.7676万k W;1997年在国家有关优惠政策和国家计委“乘风计划”的推动下, 年总装机容量跃至10.88万k W, 另有15.5万台微型风力机 (年发电量3 5 9 2万k W/h) 在牧区和山区使用。到1998年底, 全国19个风力发电场共安装了530台风力发电机组, 装机容量为22.36万k W, 机组容量从30k W到600k W, 以600k W机组为主。安装最多的是新疆自治区达坂城风电场, 共安装了137台机组, 总装机容量为6.6万k W;内蒙古自治区的风电场, 共安装了110台机组, 总装机容量为4.5万k W;广东省南澳风电场共安装了111台机组, 总装机容量为4.3万k W。总的来说我国利用风能并网发电历时已近30年, 尽管风电上网的装机已发展到50多万k W, 然而从风电在能源结构中的比重、发电设备制造水平等方面看, 风电仍未走出“试验”阶段。专家说, 早在1995年原国家电力部就提出到2000年我国风机规模要达到100万k W, 但截至目前, 全国40多个风电场总装机容量只有56.7万k W, 仅占全国电力装机的0.14%[2]。
我国有着丰富的风能资源, 幅员辽阔、海岸线较长, 风能资源比较充足, 风能资源主要分布在新疆、内蒙古等北部地区和东部至东南沿海地带及岛屿。“世界能源理事会”1994年风能评估报告指出, 中国理论风力资源潜力是17, 000TWh/年。我国可开发利用的风能储量约为10亿k W, 其中, 陆地上风能储量约2.53亿k W (依据陆地上离地面10m高度计算) , 海上可开发和利用的风能储量约7.5亿k W。但是, 由于我国地形复杂、国土广阔, 风能资源的地区性差异很大, 即使在同一地区, 风能也有较大的差别。
1.3 国内外对风电的鼓励政策
世界风电发展史表明, 一个国家风电产业的发展, 在很大程度上取决于政府对发展风电实施的政策。这是因为风电的社会效益 (节能、环保) 远高于其经济效益 (发电成本较高) , 具有明显的外部性。若无优惠政策, 电网不愿意高价收购风电场所发的电力, 风电投资就会减少, 风电设备产业就无法通过规模效应而迅速降低风电的建设成本。2003年, 由于丹麦政府削减了风电补贴, 导致新上风电装机大幅下滑。德国是上世纪90年代以来世界上风电发展最为迅猛的国家 (它同时也是光伏发电发展最快的国家) , 原因之一是它的政策较为优惠。各国情况如下[3]。
(1) 德国:①对每台售出并发电的机组, 提供给制造商不超过5万马克 (同时不超过机组价格的60%) 的资金补贴。②政府对风电投资者进行直接补贴。如选用每台450k W~2000k W机组, 则每千瓦补贴120美元, 并提供低息贷款。
(2) 美国:实施优惠的税收减免政策, 优惠电价, 并推行“绿色电价”, 拨专款支持科研和制造单位进行科学研究等。
(3) 印度:政府提供10%~15%装备投资补贴, 用抵扣所得税补贴开发商, 5年免税。
(4) 西班牙:1994年引入的法律要求所有电力公司在五年期间保证为绿色环保电力按补贴价格支付, 其运作的方式与德国的强制购电法相类似。
(5) 中国:①2003年, 国家发展与改革委员会开始推行【风电特许权项目】, 主要内容包括:政府通过公开招标选择投资商, 承诺最低上网电价者中标 (2005年改为电价权重占40%) ;风电特许权专案特许权为25年;省电网公司要按照与中标人签订的购电合约收购风能项目全部电量;风电与常规电源价差在省电网分摊 (2006年起在全国分摊) ;项目执行两段制电价, 第一段电价执行期为风电累计上网电量在等效负荷30, 000小时以内, 执行中标人的投标电价;第二段电价执行当时电力市场中的平均上网电价。②2005年7月, 国家发展与改革委员会要求风电场建设所使用的风电设备国产率必须达到70%以上, 不满足设备国产化率要求的风电场不允许建设。③2006年1月1日, 【中国可再生能源法】正式实施, 明确对再生能源开发和利用的支持。④2007年6月, 国务院通过【可再生能源中长期发展计划】, 目标为2010年可再生能源消费达到能源消费总量的10%, 2020年达到15%, 针对风电的具体目标为:2010年风电总装机容量达到5, 000MW, 2020年达到30, 000MW。
2 结语与展望
通过以上分析与比较, 得出以下结论。
(1) 随着全球经济的迅速发展, 常规能源的日益枯竭, 燃料生产成本中环境成本、健康成本和社会成本的计入, 以及我国2008年奥运会“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的口号提出, 风能的利用和发展必将得到巨大的鼓舞和推动。
(2) 近期发生在日本的地震, 无疑是对世界能源应用的警示, 对能源发展方向的导向, 而风能的应用成为对世界最为有利、有益的能源之一。核能一直以来都是以其极大的能量被广泛的研究、应用, 核能发电站更是在世界各地广泛存在, 但日本的地震引发出了对核能不慎应用的潜在隐患, 必将“走出核能时代”。风力发电的发展存在其可行性与必然性。
(3) 21世纪是高效、洁净、安全、经济可持续利用能源的时代, 世界各国都在向此方向发展, 都把能源的利用作为科研领域的关键允以关注。而通过历史的筛选, 及近年来全球新能源的发展动向, 我们可以看出风能将成为能源开发的重要角色, 而风电也将随之得到极大的发展。
(4) 并网型大功率风电机组控制系统中风力机模拟系统设计、发电机控制技术、并网技术、桨矩角控制技术和系统监控等关键技术的解决将有助于我国风电产业的国产化和大容量风电系统自主知识产权的建立。
摘要：日本地震的发生, 无疑是对世界能源应用的警示, 对能源发展方向的导向, 风力发电作为一种清洁可再生绿色能源日益受到世界各国的重视, 本文主要介绍了国内外风力发电的现状, 阐述了我国风力发电发展的特点, 分析了各国风力发电政策以及风电发展的前景。
关键词：风力发电,现状,前景
参考文献
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[2] 易跃春.风力发电现状、发展及市场分析[J].国际电力, 2004, 8 (5) .
风力发电的基本原理范文第6篇
风力发电装置的关键是转子, 转子的关键则是叶片, 风力发电转子叶片涉及气动、复合材料结构、工艺等领域, 其成本占风力发电整个装置成本的15%~20%。因此, 材料以及制备工艺的选择对风力发电转子叶片十分重要。叶片的设计形状和采用的材料决定着风力发电装置的性能和功率。依据“风机功价比法则”, 风力发电机的输出功率与叶片长度的平方成正比, 因而增加叶片长度是提高风力发电机单机容量的基本方法, 但是, 风力发电机的体积和质量与叶片长度的立方成正比, 这就意味着随着叶片长度的增加, 风力发电机造价的增长幅度比它的输出功率增加的幅度要快。也就是说, 风力发电机的单机容量在理论上, 在技术、经济上都比较可以接受的情况下有一个基本确定的值, 这个数值目前尚没有人计算出来。在兆瓦级风电机组中, 如1MW的叶片长度为31m, 每片重约4t~5t;1.5MW主力机型风力机叶片长度为34m~37m, 每片重约6t;目前商业化风力发电所用的电机容量一般为1.5MW~2.0MW, 与之配套的复合材料叶片长度大约为32m~40m, 重6t~8t;现代的54m大型叶片重13t。2009年, 75m长的叶片被制造出来, 目前也有人在研究、设计100m长的风力发电机叶片。
2 叶片材料和制造工艺
2.1 叶片材料
一般对叶片的要求有:比重轻且具有最佳的疲劳强度和机械性能, 能经受暴风等极端恶劣条件和随机负荷的考验;叶片的弹性、旋转时的惯性及其振动频率特性曲线都正常, 传递给整个发电系统的负荷稳定性好;耐腐蚀、紫外线照射和雷击的性能好;发电成本较低, 维护费用最低。为了满足以上要求, 目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚酯树脂、玻璃纤维增强环氧树脂和碳纤维增强环氧树脂。据中国环氧树脂行业协会专家介绍:一般较小型的叶片 (如22m长) 选用量大价廉的E-玻纤增强塑料, 树脂基体以不饱和聚酯为主, 也可选用乙烯酯或环氧树脂, 而较大型的叶片 (如42m以上) , 一般采用CFRP或CF与GF的混杂复合材料, 树脂基体以环氧为主。GE风能的叶片工程的全球经理Ramesh Gopalakrishnan说, 设计师们在寻找轻质高强度材料的过程中, 选择了碳纤维应用于叶片设计中。因此玻璃纤维和碳纤维, 是目前叶片制造中最为重要的两种材料。据专家介绍, 研究表明碳纤维 (carbon fiber, 简称CF) 复合材料叶片, 刚度是玻璃钢复合叶片的2~3倍。虽然碳纤维复合材料的性能大大优于玻璃纤维复合材料, 但价格昂贵, 影响了它在风力发电上的大范围应用。因此全球各大复合材料公司, 正在从原材料、工艺技术、质量控制等各方面深入研究, 以求降低成本。昨天, 我们用的是木制或金属材料;今天, 我们用的是玻璃钢;明天, 我们用的是碳纤维;那么明天的明天, 我们用的会不会是纳米材料?市场专家表示, 完全可能, 原因一是其成本可能降低, 二是性能优越、使用寿命长, 长期看似乎更经济。
2.2 叶片制造工艺
叶片的结构设计与实际生产制造方法息息相关, 两者都需要兼顾生产成本和叶片的可靠性。两种主要的叶片制造方法有预浸料法和灌注法。尽管两种方法都适用于两种常见设计的叶片结构, 但预浸料主要用于箱式粱的叶片结构。
2.2.1 树脂灌注技术
灌注工艺的基本原则就是通过真空压力将树脂吸入预先铺好的增强纤维或纤维布中, 真空操作降低纤维一面的压力后, 大气压力会驱使树脂浸润增强纤维, 纤维灌注的速度和距离取决于以下因素:树脂系统的黏度、增强纤维的渗透性、灌注树脂的压力梯度。风机叶片因为叶片壳体的几何形状中不存在复杂的结构, 而非常适合采用灌注工艺制造。
2.2.2 预浸料技术
预浸料指的是纤维束或纤维布经过树脂浸润后形成的均匀预固化材料, 预固化材料可直接用于复合材料结构如风电叶片的制造。预浸料树脂通常粘度较高, 在室温下呈固态, 便于操作、切割和在模具中铺层, 且不需要导入树脂, 减小树脂污染。在模具中铺层完成后, 预浸料即可在真空下高温固化, 工业用预浸料固化温度通常为80℃~120℃之间。预浸料的制造遵循和树脂灌注一样的基本原则:注意工艺温度下树脂体系的粘度、纤维网纱和纤维布的浸润性、压力控制。因此, 要浸润纤维布和纤维网纱, 必须先降低树脂粘度, 再施加一定的压力, 同时还要考虑纤维的浸润性。由于预浸料树脂在室温下通常呈半固态, 要得到浸润能力好的低粘度树脂有两种基本方法:添加溶剂法和热熔法。风能用预浸料材料一般采用第二种方法。
2.2.3 S P R I N T技术
SPRINT是预浸料的一个产品门类, 是专门针对大尺寸结构部件进行研发设计的。随着部件尺寸的增大, 铺层厚度也逐步提高, 如何去除预浸料层中包含的气泡成为了重要的课题。我们可以采用分层制造的方法去除气泡, 即每完成3~4层铺层后就覆盖真空袋施加真空并加热到40℃。然而, 当建造大量的部件时, 这种方法无疑会造成成本的提高和时间的浪费。因此为了能够去除临近纤维布层间的气泡, SPRINT产品便应运而生了。SPRINT在纤维和树脂的结合方式上不同于传统的预浸料。在传统的预浸料中, 纤维被树脂完全浸润, 而SPRINT则是尽量保持纤维层尤其是外层纤维尽量不被浸润。SPRINT是综合了灌注工艺和预浸料工艺的技术优势的一个产品门类。灌注工艺可以制备厚度大, 质量高的玻璃钢部件。但是针对大尺寸部件, 因为产品尺寸较长存在一定的困难。预浸料工艺采用高性能树脂体系, 可以精确控制纤维的排布走向和树脂含量, 但在制备较厚的部件时存在难于排气的问题。SPRINT是SP树脂灌注技术的缩写, 它采用了先进的预浸料树脂技术去灌注层合板结构。因为树脂层已经被其他材料增强了, 大型部件几乎可以在瞬间被灌注成功。在铺层上直接加以真空辅助可以加速灌注过程。真空可以将增强纤维层中的空气排除, 并保证所有的SPRINT都已经完全结合, 再通过升温过程使树脂溶化完成对纤维的浸润。
3 市场发展前景
风力发电被认为是最有希望, 能够大规模利用的可再生能源发电项目。作为洁净能源, 风力能源的开发利用受到世界各国越来越大的重视。全球风力理事会宣称, 2009年中国风力发电量达到了25.8亿瓦, 超过了德国的25.77亿瓦, 仅次于美国的35亿瓦, 成为世界第二大风力发电国。该协会认为, 风力发电量只占据中国电力消耗总量的1%, 中国的风力发电市场潜力巨大。可以断定, 未来几年内, 国内风电机组及风机叶片将打破基本上完全依赖进口的局面, 叶片制造领域将会出现数家具有竞争力的企业, 结束国外叶片制造企业垄断国内市场的局面。
摘要：风力发电装置最关键、最核心的部分是转子阶叶片, 目前风力发电正向大功率、长叶片方向发展。碳纤维复合材料和sprint技术是材料工艺的主要方向。