风力发电概述

人类对风能的利用历史久远，早在公元10世纪，波斯就出现了水平转动的风磨。风能是大气运动形成的一种能源形式，其能量来自于大气所吸收的太阳能。公元12世纪，欧洲开始使用风车抽水、碾磨谷物，此后风车一直是主要的动力机械之一。唐代有“乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海”１４世纪初叶中国航海家郑和七下西洋宋应星的《天工开物》一书中记载有：“扬郡以风帆数扇，俟风转车，风息则止”，这是对风车的一个比较完善的描述方以智著的《物理小识》记载有：“用风帆六幅，车水灌田，淮阳海皆为之”２０世纪５０年代，仅在江苏沿海利用风力提水的设备曾达２０万台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年丹麦已经投入运行了120台风力发电机。CharlesF.Brush(1849-1929)是美国电力工业的奠基人之一。他发明了一种效率非常高的直流发电机应用于公共电网，发明了第一个商业化电弧光灯找到了一种高效的制化电弧光灯，找到了种高效的制造铅酸蓄电池的方法。他自己的公司BrushElectric位于俄亥俄州Cleveland市。1889年他卖掉了公司，1892年与爱迪生通用电气公司合并取名通用电气公司(GE)。1887-1888年冬，Brush安装了一台被现代人认为是第一台自动运行的且用于发电的风力机。它是个宠然大物——叶轮直径是17米，有144个由雪松木制成的叶片。风力机运行了约20年，用来给他家用地窑里的蓄电池充电。这台发电机仅为12千瓦。这是因为低转速风机效率不可能太高。丹麦人PoullaCour随后发现了快速转动、叶片数少的风力机，在发电时比低转速的风力机效率高得多。CharlesF.Brush位于俄亥俄州Cleveland市庞大的BRUSH风车PoullaCour和他的妻子laCour的风力机PoullaCour（1846-1908）是一名气象学家同时也是现代风力发电机的先驱。PoullaCour是现代空气动力学的鼻祖，他建了一个属于他自己的风洞来实验风力发电机图中是PllC和验风力发电机。PoullaCour致力于能源储存的研究，将风力机发出的电力用于电解来生产氢气，供他学校的瓦斯灯使用。这个计划的唯一缺点是，由于氢气中含有少量氧气致使氢气爆炸，他不得不数次更换几个学校的的窗户。laCour每年在AskovFolk高中给风电工人做几次培训。1897年，他发明的两台实验风力机，安装在丹麦AskovFolk高中。此外，laCour于1905年创立了风电工人协会，它成立一年后，就拥有了356个会员。世界上第一个风力发电期刊《JournalofWindElectricity》也是由PoullaCour创立的。1918年，丹麦约有120个地方公用事业拥有风力发电机，通常的单机容量是20-35kW，总装机约3MW。这些风电容量当时占丹麦电力消耗量的3%。丹麦对风力发电的兴趣在随后的若干年逐渐减退，直到二次世界大战期间出现供电危机为止。F.L.Smidth风机在二次世界大战期间，丹麦工程公司F.L.Smidth（现在是水泥机械制造商）安装了一批两叶片和三叶片的风机。所有这些风机（与它们的前辈一样）发的是直流电。三叶片F.L.Smidth风机于1942年安装在Bobo岛。这些风机是风-柴系统中的一部分，给小岛供电。1951年，这些直流发电机被35kW的交流异步发电机取代，如此一来，第二台生产交流电的风机问世了。Gedser风力发电机创新的200KWGedser风力发电机在1956-57年由JohannesJuul为SEAS电力公司建成，风机安装在丹麦南部的Gedser海岸。三叶片，上风向，带有电动机械偏航和异步发电机的风力发电机是现代风力发电机的设计先驱。这台风力机是失速调节型风力机，JohannesJuul发明了紧急气动叶尖刹车，在风机过速时通过离心力的作用释放。基本上，现代失速型风力发电机上使用着相同的系统。这台风力发电机，在随后的很多年中一直是世界上最大的。它在无需维护的情况下，运行了11年。风力机的机舱和叶轮现在在丹麦Bjerringbro电力博物馆中展出。Nibe风力机在1973年第一次石油危机后，几个国家起对风能的兴趣重新点燃。在丹麦，电力公司立即把目标放在的制造大型风力发电机上，德国、瑞典、英国和美国也紧跟其后。1979年，他们安装了两台630KW风力发电机一台是桨矩控制的另一台630KW风力发电机，一台是桨矩控制的，另一台是失速控制的。1980年后的风力发电机一个名叫ChristianRiisager的木匠在自已家的后院安装了一台小型的22KW的风力发电机(左上），他以Gedser风力机的设计为基础尽可能地采用了便宜的设计为基础，尽可能地采用了便宜的标准部件（如，用一台电动机作为发电机，把汽车的部件用作齿箱和机械刹车）。Riisager的风力发电机在丹麦许多私人家庭中成为了成功的典范，同时他的成功给丹麦的风力发电机制造商提供了灵感，从1980年起，制造商开始设计他们自己的风力发电机。许多设计，包括Riisager的设计部分地以古典Gedser风力机或古典低转速多叶片的美国“风能玫瑰”的经验为基础其它的则革命一些包础，其它的则革命一些，包括立轴的Darrieus风机（右下），风机采用襟翼来进行功率调节，或将液压用于传动系统等。大部分风力机通常为5-11KW，按现在的标准判断它们太小了。Riisager风力发电机Tvind2MW风力发电机与小风机不同的是Tvind2MW风力机，它是一台相当革命的风机。这台机组是下风向变速风机，叶轮直径为54米，发电机为同步发电机。目前，这台风力机还在正常地运行之中早期丹麦力机还在正常地运行之中。早期丹麦的风力发电机与德国，美国、英国或加拿大政府资助大型风力发电机研制工程完全不同。最后，由Gedser风力发电机改良的古典三叶片、上风向风力机设计在疯狂的竞争中成为商业赢家。BONUS30kW风力发电机BONUS30kW风力发电机从1980年开始制造是现在制1980年开始制造，是现在制造商早期模型的代表。伟大的加利佛尼亚风暴NORTANK55KW风力发电机1980-1981年开发的55KW风力发电机的出现是现代风力发电机工业和技术上的一个突破。随着这种风力发电机的诞生，风力发电每度电的成本下降了约50%。风能工业变得越来越专业了，此外相应的由RISO国家实验室开发的欧洲风图谱对降低度电成本也是非常重要的。在八十年代初，数千台风力发电机被运送到美国加利福尼亚。海上风电场TunoKnobTunoKnob海上风电场位于丹麦海岸的Kattegat海域，由Midtkraft公用事业公司建造。这张照片展示的是水上浮动式起重机在从事安装工作。风电场拥有10台Vestas500kW风力发电机。风力机根台Vestas500kW风力发电机。风力机根据海洋环境进行了修改，每台风机上都安装了一个电动吊用来更换主要部件如发电机，而无需使用浮吊。此外，这些风机的齿轮箱也进行了修改，转速比陆地风机提高了10%。这样可使电产量增加5%。Vindeby风电场位于波罗的海丹麦海岸，于1991年由公用事业公司SEAS建成。风电场拥有11台Bonus450kW失速调节型风力机，风机位于洛兰岛海岸1.5至3公里以北靠近Vindeby村。这些风力公里以北，靠近Vindeby村。这些风力机经过修改在塔架内有足够的空间放置高电压变压器，而且门的位置比正常的风机高一些。在后来的TunoKnob项目采用了同样的修改方案。此外，在现场安装了两个风速仪塔来研究风况和湍流。通过RISO国家实验室的研究已经获得了一些关于海上风况的结果。尽管由于洛兰岛对南部的风遮敝使得产量有一些减少，但发电量比容量相同的陆地风电场还是高出20%。Vindeby兆瓦级风力发电机Nortank1500图片上是NEGMicon1500kW风机，于1995年投入运行。此型风机最初的模式是叶轮直径为60米，两台750kW发电机并联。最新的两台750kW发电机并联。最新的模式是1500/750kW模式（两台750KW发电机）叶轮直径为64米。这张照片在丹麦西部靠近Esbjerg市的Tjaereborg拍摄。Vastas1.5MWVastas1.5MW风机的原形于1996年问世。最初的模式是63米叶轮直径，一台1500kW发电机。最新的模式是68米叶轮直径一台两极发电机1650/300kW。照片上吊车正650/300W。照片上吊车正在吊装机舱。在它的左侧可以看到ELSAM2MW测试风机（混凝土塔架），还有再远一些的NEGMicon1500kW风力机。多兆瓦级风力发电机Nordex2.5MWNordex2.5MW风机于2000年春投入运行。叶轮直径为80米。图片中的风机位于德国Grevenbroich，塔架高度为80米风机为桨矩控制度为80米。风机为桨矩控制。现在是世界上最大的商业化风力发电机。GE3.6MWRepower5MW行业领跑者行业领跑者行业领跑者行业领跑者全球风电发展概况中英分别是陆上海上风电装机最大市场我国风电发展概况2013-2015年，我国风电电源建设投资规模呈逐渐上升的趋势，至2015年，我国风电电源建设规模达到1200亿元，同比上年增长31.10%，为近几年来风电投资额的最高点。2015-2018年，得益于风力发电成本的迅速下降，我国风电行业投资完成额逐渐下降，至2018年末，我国风电电源建设投资规模达643亿元，同比下降5.73%。截至2019年11月，风电电源投资额为892亿元，相较2018年同期增长了84.80%。2013-2017年，我国风力发电装机容量呈逐渐上升的趋势，其年复合增长率为20.94%。2013-2015年，我国风电累计装机容量增速超过24%，至2015年，风电累计装机容量达到13075万千瓦，同比上年增长35.04%。2015年以后，我国风电装机容量增速放缓。截至2019年11月，我国风电累计装机容量为20077万千瓦，较2018年同期增长11.70%。2013-2017年，我国风电发电量呈逐渐上升的趋势，增速呈波动变化的趋势。2016年，我国风电行业发电量为2409亿千瓦时，较上年同期增长29.78%，为近几年最高增速。截至2019年11月，中国风力发电量3638亿千瓦时，同比增长11.30%，增速延续下行趋势。2014-2018年风力发电行业销售收入整体呈现增长趋势，2018年行业实现销售收入972亿元，同比增长11%。2014-2018年风电行业的利润总额整体呈现下降趋势，主要是因为其中部分企业亏损较为严重。2018年风电行业的;利润总额为126.69亿元，同比增长3.44%，打破2016和2017年-10%的增长率，可见行业利润有所修复。一是风电行业作为清洁能源之一享受更多的政策红利。二是风电成本快速下降也加速了风电的快速发展。