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1、 风力机发展及基本结构 吴吉军 2005年10月风力机发展史v风能利用的历史v 人类中国也很早利用风能已有数千年历史，在蒸汽机独创以前风能曾经作为重要的动力，用于船舶航行、提水饮用和浇灌、排水造田、磨面和锯木等。埃及被认为可能是最先利用风能的国家，约在几千年前，他们就起先用风帆来帮助行船，波斯和起先利用风能，主要是运用垂直轴风车。v世界风力发电的发展v 19 世纪末，丹麦首先起先探究风力发电，研制出风力发电机组。直到 世纪4 年头以前，只有小型充电用风力机达到好用阶段。美国在 世纪5 年头还有很多电网未通达的地区，独立运行的小型风电机组在实现农村电气化方面起了很大作用，当时的机组多接受木制叶片
2、、固定轮毂和侧偏尾舵调速，单机容量的范围为0.5-3KWv对于如何将风力发出的电送人常规电网，曾经做过很多尝试来研制并网风力发电机组，美国制造的1250KW机组最大，风轮直径为,53M安装在佛蒙特州，于1941年10 月作为常规电站并入电网v后因一个叶片在1945年3月脱落而停止运行。另外，法国、前苏联和丹麦也研制过百KW级的机组，其中对后来风电机组技术发展产生过重要影响的是丹麦GEDSER200KW风电机组。从1957年运行到1966年，年平均发电量为45万KW.h，设计者接受异步发电机、定桨距风轮和叶片端部有制动翼片，这种结构方式后来成为丹麦风电机组的主流，在市场上获得巨大成功。1973
3、年发生石油危机以后，美国、西欧等发达国家为寻求替代化石燃料的能源，投人大量经费，动员高科技产业，利用计算机、空气动力学、结构力学和材料科学等领域的新技术研制现代风力发电机组，开创了风能利用的新时期。20世纪70.年头到80年头中期，美国、英国和德国等国政府投入巨资开发单机容量v1000KW以上的风电机组，担当课题的都是著名大企业，如美国波音公司研制了2500KW和3200KW的机组，风轮直径约为100没，塔高为80M，安装在夏威夷的瓦胡岛；英国的宇航公司和德国的MAN 公司分别研制了3000KW 的机组，全部这些巨型机组都未能正常运行，因其发生故障后修理特别困难，经费也难以维持，没有能够发展成
4、商业机组，未能形成一个适应市场需求的风电机组制造产业v丹麦风电技术的发展策略是政府不干脆支持制造厂商，而是对购买风电机组的用户赐予补贴，起先时补贴机组费的30以后随着产业的发展，渐渐削减补贴的数额，直到取消。丹麦风能资源比较丰富，当地农夫有利用风能的传统，目前仍保留了不少古代风车，世界石油危机发生以后，油价上涨，很多农夫自己研制风力发电机组，额定功率约在!.10-20KW 之间，安装在自己的住宅旁边，为家里的电器和照明供电，多余的风电可使家中的电表反转，削减电费负担。另外丹麦政府起先对煤电征收能源税和二氧化碳排放税，对风电的收购电价则赐予补贴，使风电机组的用户从满足自家电力需求转变为向电网销售
5、电能，获得确定的利润，购买风电机组成了一种投资方式，培育出了稳定的风电市场。为了满足农夫购买风电机组的需求，丹麦的中小企业，尤其是农机制造商，如vestes和bonus等，主动开发风电机组产品，政府为了促进风电技术的发展和保证产品的平安，在里索（RISO）国家试验室内建立了风电机组试验站，并授权对符合平安要求的风电机组型号颁发认证证书，规定只有获得认证的风电机组产品才有资格得到政府的补贴。当时丹麦的产品继承了.GEDSRE200KW风电机组的设计理念，在新样机测试过程中探讨人员对失速调整功率理论进行深化探讨，还就测试时发觉的问题提出了解决方法，并帮助厂商改进。丹麦风电机组制造商既得到科研机构的
6、支持，又积累了丰富的现场运行阅历，而且有机会从稳定的风电市场上连续接到订单，不断对产品进行完善，单机容量逐步从小到大，一个v型号技术成熟了再逐步升级，经验过30、50、100400、600、750KW直到1000KW 以上的兆瓦级机组，在市场上建立了产品性能好、牢靠性高的信誉。此后，德国和西班牙等欧洲国家也相继出台了激励风电发展的政策，其核心是以长期固定的较高电价收购风电，使这些国家成为风电机组市场扩展最快的地区，丹麦的制造商也在有关国家建立了合资公司，生产丹麦晶牌的机组，在2000年世界前十名风电机组制造商的市场份额中占到90 据丹麦BTM 询问公司统计，风电的容量系数全世界平均为0.23即
7、利用小时数为2000h.各个国家差别较大，英国约为2880h，丹麦约为2250h西班牙、荷兰和瑞典均为2100h.美国约为2000h，德国约为1882h，印度只有1800h。2000年全世界风电的发电量约373 亿KW，占当年各种电源总电量15.2万亿KW 的0.25预料2010 年可能会达到1.8%,。v中国风力发电的发展v 中国现代风力发电机技术的开发利用起源于20世纪70 年头初。经过初期发展、单机分散研制、示范应用、重点攻关、好用推广、系列化和标准化几个阶段的发展，无论在科学探讨、设计制造，还是试验、示范、应用推广等方面均有了长足的进步和很大的提高，并取得了明显的经济效益和社会效益，特
8、殊是在解决常规电网外无电地区农、牧、渔民用电方面走在世界的前列，生产实力、保有量和年产量都居世界第一。在21 世纪起先的时候，中国还有约2000万人口没有用上电，在常规电网外，推广独立供电的风力发电机组，对解决农、牧、渔民看电视、听收音机、照明和用电动鼓风机做饭等生活用电问题。对于改善和提高当地经济，促进地区社会、文化事业发展，加强民族团结，巩固国防建设有着重大的意义。v到2000年底，全国的小型风电机组生产企业有十几个，年生产实力超过3万台，产品的额定功率从0.1-10KW。2000年全国共生产各种型号的离网型风力发电机组7000 多台（约1800KW）。产品以100W机组为主，占总产量的4
9、6.300W 机组次之，占总产量的31 。截至2000 年底，全国累计生产了离网型风力发电机组19 万多台。随着经济稳步发展，广袤农、牧、渔民生活水平的提高，家用电器已成为家庭生活的必需品。因此，对风力发电机组的需求，也从过去的50100W小功率机组发展到运用.300.500、1000W等较大功率的机组；在边远地区的边防连队、哨所、驻军海岛、地处野外高山的微波站、电视差转台站、气象站、马路、铁路小站、森林中、望火台、石油自然气输油管道、滩涂养殖场及沿海岛屿（全国有7000 多公里的海岸线）等多数地方运用柴油或汽油发电机组供电，供电成本相当高，有些地方高达.3 元KWh。而这些地方绝大部分处在风
10、力资源丰富地区。通过接受风力2 柴（汽）油联合发电系统或风电机组2 光电池互补系统供电，可以既保证全天24h 供电，又节约了燃料和资金，同时还削减了对环境的污染。v1997 年新疆风能公司购买了德国jabocs公司500KW 风电机组的制造技术，随后试制出十几台500KW 及600KW 的样机.国家科委支配了风电科技攻关项目，对引进的大型风电机组技术进行消化吸取，为提高国产化率供应了科技支持。浙江省机电院将科技攻关的成果200KW 风电机组技术转化为商品，在样机试验成功的基础上制造了五台机组，中国航天工业总公司自主开发研制了600KW机组，南京高速齿轮箱厂也试制了两台300KW 机组。v 国家
11、计委在“九五”“乘风支配”中，风电机组国产化的部署是招标选定国内总装厂，然后与国外风电机组制造商合资生产。中国西安航空发动机公司与德国NORDEXNBALCKEDURR43/600 公司合资，成立西安维德风电设备公司，引进NORDEXN43/600型风电机组的制造技术；中国第一拖拉机工程机械公司与西班牙MADE公司合资建立了一拖美德风电设备公司，生产600KW 风电机组，2000年上半年完成样机研制，并投入小批量生产。!#)%年*月，中国第一个风电场在山东荣城并网发电，三台+(机组是由航空部和山东省由丹麦引进的，同年!&月作为国际科技合作项目，利用比利时政府赠送的四台,&(机组建成平潭示范风电场。从!#)#年起全国各地接连利用外国政府赠款或实惠贷款，引进机组建设风电场，装机容量逐年增长，规模在!万(以上的有新疆达坂城，内蒙古辉腾锡勒（如图!,&所示），广东南澳（如图!,!所示）、惠来，辽宁东岗、丹东，吉v林通榆和浙江括苍山、鹤顶山等风电场，,&年底全国共有,%个风电场，装机容量达到-*.*-万(。全国风电场发展状况见表!+。表!+$全国风电场装机容量发展状况（万(）!)第一编$风力发电新技术与发电系统设计应用基础v#