2019风力机技术.docx

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1、风 力 机 技 术目录第 1 章风力机技术发展概述11. 1引言11. 2可替代性能源的主要优点和缺点21. 3风力发电技术的优点和缺点31. 3. 1 优点31. 3. 2 缺点41. 3. 3 风力机安装要求41. 3. 4 旧风电场的改造以提高现存风力机的输出功率51. 4世界风力机安装情况51. 4. 1 丹麦51. 4. 2 德国61. 4. 3 中国61. 4. 4 美国61. 4. 5 加 拿大71. 4. 6 比利时和荷兰71. 4. 7 英国81. 4. 8 法国81. 4. 9 俄 罗斯81. 4. 10 意 大利81. 4. 11 早期的风力机发展小结91. 5风力机运行

2、原理91. 6风力机的分类121. 6. 1 公用电网风力机121. 6. 2 公用电网风力机和风电场的成本回收期121. 6. 3 小规模风力机131. 6. 4 小型风力机部件的成本估算141. 6. 5 2009 年 5kW 风力机的安装成本15目录1. 6. 6 风力机及塔架安装公司1. 6. 7 小型风力机的潜在应用 15 151. 6. 8 中等规模风力机161. 7风电场开发商161. 7. 1 风电场经销商161. 7. 2 可再生能源专业人员161. 8设计配置171. 8. 1 离网功能的家用设计配置171. 8. 2 并网和储能功能的家用风力机配置171. 8. 3 并网

3、和无电池运行的家用风力机配置181. 8. 4 风光互补的风力发电机组设计181. 8. 5 双重用途的紧凑型风力机和能源系统181. 8. 6 关键的电气部件191. 9独具特色的新一代风力机191. 9. 1 螺旋风力机201. 9. 2 海上风力机的运行201. 9. 3 基于喷气发动机的风力机201. 9. 4 垂直轴风力机201. 9. 5 漂浮式海上风力机211. 10美国典型的风力估价211. 11小结21参考文献22第 2 章风力机设计方面和性能要求232. 1引言232. 2风力机类型232. 2. 1 风车型风力机252. 2. 2 农场型与荷兰型风力机252. 3现代风力

4、机252. 3. 1 水平轴风力机 （ HAWT）2. 3. 2 垂直轴风力机 （ VAWT） 26 272. 3. 3 垂直轴风力机的工作要求272. 3. 4 垂直轴风力机的优缺点282. 3. 5 垂直轴风力机的运行难题282. 3. 6 预测达里厄风力机性能的简化程序282. 3. 7 理解垂直轴风力机的流动现象29风力机技术2. 3. 8 早期欧洲的风力机292. 4非设计工况性能292. 4. 1 关键设计问题292. 4. 2 设计与运行参数偏差的影响302. 4. 3 升力和阻力系数对最大功率系数的影响302. 4. 4 性能提升方案302. 5最大风能捕获技术312. 5.

5、1 叶片与角度参数对性能的影响322. 5. 2 获得高功率系数的技术342. 5. 3 最佳性能对安装地点的要求342. 5. 4 风能基本特性362. 5. 5 全球大型风力机的装机容量412. 6特定风力机安装地点的年风能捕获量422. 6. 1 长期捕获风能的要求422. 6. 2 风速对风能密度的影响432. 6. 3 每年、 每小时的风力机的能量捕获2. 6. 4 S 形风轮垂直轴风力机的能量积分 43 432. 6. 5 运用高风速的涡流442. 6. 6 最大功率系数与出口压力系数和扰动系数的函数关系452. 6. 7 功率系数的计算452. 7可利用风能的年小时数评估462.

6、 7. 1 使用经验法评估年小时数462. 7. 2 使用叶素动量法评估年发电量502. 7. 3 影响性能的因素522. 7. 4 风轮叶尖速比和升阻比对功率系数的影响542. 8小结55参考文献56第 3 章风力机风轮的性能和设计方案573. 1引言573. 2理想风轮的一维理论583. 2. 1 积分形式的轴向动量方程593. 2. 2 运用交变控制体的一维动量理论603. 2. 3 理想一维风力机的功率系数613. 2. 4 理想一维风力机的推力系数613. 2. 5 旋转效应63目录 3. 2. 6 风轮的叶尖速比653. 3二维气动模型683. 4有限翼长的三维气动模型693. 4

7、. 1 受流过翼型气流影响的参数693. 4. 2 科里奥利力和离心力703. 4. 3 现代风力机涡系703. 5在风电场应用中风轮的设计要求713. 5. 1 风轮的性能723. 5. 2 风轮叶片的材料要求723. 5. 3 翼型特征对风轮性能的影响723. 6风轮绕流的流体力学分析733. 6. 1 二维球体的绕流分析3. 6. 2 二维柱体的绕流分析 73 733. 6. 3 气流的发电量743. 7小结75参考文献76第 4 章风力机叶片设计要求774. 1引言774. 2螺旋桨叶片的性能分析774. 2. 1 叶素的空气动力学性能分析784. 2. 2 作用在叶片上的转矩和功率7

8、94. 2. 3 最大功率输出的条件794. 3叶片的性能804. 3. 1 功率系数804. 3. 2 轴向诱导因子804. 3. 3 转矩系数814. 3. 4 叶片的载荷系数824. 3. 5 入流角作为切向速度比和升阻系数比函数的变化4. 3. 6 叶尖速比和升阻系数比对风力机功率因数的影响 83 844. 3. 7 作为半径函数的桨距角变化844. 3. 8 作用在叶片上的力854. 3. 9 机械完整性874. 4梁理论在各种风力机叶片中的应用904. 5叶片的材料要求904. 6叶片的关键性能904. 6. 1 叶片的弯矩和不稳定性对叶片性能的影响914. 6. 2 风速三角形的

9、作用914. 7小结92参考文献94第 5 章变风速条件下动态稳定及性能的提高所需的传感器和控制设备 955. 1引言955. 2调节控制系统975. 2. 1 变桨距调节控制975. 2. 2 变桨距调节控制系统的说明985. 2. 3 偏航控制系统995. 3风参数监测传感器995. 4传输系统1005. 5发电机1005. 5. 1 感应发电机1005. 5. 2 感应发电机的转子结构1015. 6同步发电机的性能和局限性1015. 7风轮的关键性能参数1025. 7. 1 风轮的分类1025. 7. 2 动态稳定性和结构完整性1035. 7. 3 应力参数的监测1045. 7. 4 失

10、速控制的风轮1045. 7. 5 风能捕获及风力机性能的影响因素1045. 8叶片的翼型特性对风力机性能的影响1055. 9自动停机功能1065. 10水平轴风力机和垂直轴风力机风轮的关键设计1075. 10. 1 风力机的可靠性及性能提高技术1075. 10. 2 使效率、 动态稳定性及结构完整性得到良好保障的传感器1085. 10. 3 叶片扭转角的调整1095. 11提高效率的低谐波量发电机1095. 12风力机结构载荷的影响1095. 12. 1 重力载荷的影响5. 12. 2 惯性载荷的影响 110 1115. 12. 3 空气动力载荷的影响1115. 13小结112参考文献113第

11、 6 章离网型风电系统1146. 1引言1146. 2历史背景： 应用于偏远地区1156. 3离网型风电系统的结构1166. 3. 1 带有备用电池的混合系统1176. 3. 2 微型风力机1176. 3. 3 微型风力机的应用1176. 3. 4 微型风力机应用于农村电气化1186. 3. 5 发 电 容量1186. 3. 6 偏远地区的通信应用1196. 3. 7 降低成本的技术1196. 3. 8 减少电力的需求1206. 3. 9 典型电气设备的能量损耗1206. 3. 10 减少能量损耗的技术1216. 4偏远地区的离网型电力系统1226. 4. 1 制冷设备6. 4. 2 空调机组

12、 122 1226. 4. 3 交流和直流系统的选择1236. 4. 4 发电系统的参数1236. 5系统组件的规格1246. 5. 1 太阳电池阵列的规模和性能1246. 5. 2 逆变器的容量和性能1256. 5. 3 蓄电池的大小和性能1266. 5. 4 太阳能面板的大小和性能参数1276. 6带有备用公共电网的离网型风电系统1276. 6. 1 离网系统的经济因素1276. 6. 2 离网风光互补系统的成本分析1296. 6. 3 从现有设施延长输电线的成本估算1296. 7离网型风电系统的多种应用1306. 7. 1 通信1306. 7. 2 HR 3 混合型系统的性能1316.

13、7. 3 运用混合风电系统节省石油燃料1316. 8农村电气化中的混合风电系统1316. 8. 1 成 功 案例1326. 8. 2 在农村电气化的应用： 抽水系统1326. 8. 3 估算农场风车的抽水能力1346. 8. 4 混合风电的经济性1346. 9多任务风力机1346. 9. 1 小功率风力机的应用1356. 9. 2 灌溉的设计要求1356. 9. 3 风力机的年发电量1366. 10小结137参考文献139第 7 章建筑物环境中的风能转换技术1407. 1引言1407. 2集中配置的要求1417. 2. 1 球 形 配置1417. 2. 2 在两个建筑物之间的管道中安装风力机的

14、配置1417. 2. 3 邻近建筑物的集中模式1417. 2. 4 各种集中模式下集中器的风能集中能力小结1417. 3节能建筑设计1417. 3. 1 有建筑物的环境的要求1427. 3. 2 粗糙度对风速参数的影响7. 3. 3 有建筑物地区的风能潜力7. 4建筑环境当地风能的特性 143 145 1497. 4. 1 建 筑 特征1507. 4. 2 有风力边缘的建筑物周围的空气流线1507. 4. 3 阻 力 部分1507. 4. 4 空气的流动性1507. 5建筑环境对 BWAT 性能的影响1557. 5. 1 气动噪声水平1557. 5. 2 安装现场总空气噪声的计算1557. 5

15、. 3 附近风力机产生的噪声7. 5. 4 风力机叶片引起的振动7. 5. 5 风力机叶片的影子闪烁 156 157 1577. 5. 6 湍 流 结构1587. 5. 7 流管长度对风能转化的影响7. 5. 8 有建筑物环境下的偏航要求 158 1597. 6小结163参考文献164目录第 8 章影响风力机安装的环境问题与经济因素1658. 1引言1658. 2环境因素和其他重要问题1658. 2. 1 安装地址的选择1658. 2. 2 风的特性及其影响1678. 2. 3 调整地形来增加风速提高发电效率1678. 2. 4 体积流率对性能的影响1688. 2. 5 最大可利用功率1688

16、. 2. 6 功 率 系数1698. 2. 7 输出转矩的性能1698. 2. 8 气流产生的功率与气流直径的函数关系1718. 3大直径气流产生的问题1728. 3. 1 高噪声等级1728. 3. 2 安装地点周围的噪声1738. 3. 3 对电视和收音机传输信号的干扰1748. 3. 4 对风力机噪声的定量描述1758. 4使用经典 BEM 理论预计关键性能参数1788. 4. 1 机械轴功率1788. 4. 2 叶片设计参数对其发电的影响8. 5基于经济因素调整安装风力机 179 1798. 5. 1 电力的持续性8. 5. 2 估计采购成本 180 1808. 5. 3 度 电 成本

17、1808. 5. 4 风力机的度电成本1818. 6关键组件和子系统成本的估算1848. 6. 1 关键组件的成本估算1848. 6. 2 2MW 风力机的典型设计和性能特征1858. 7风力机塔架1858. 7. 1 塔架高度的要求1868. 7. 2 机械强度的要求1868. 7. 3 塔架的分类1868. 8小结187参考文献188第 1 章风力机技术发展概述1. 1引言本章介绍了风力机技术的发展历史及其重要应用。 风力机技术可以提供一种性价比较高的解决方案， 用以消除依赖国外昂贵的石油与天然气发电的现状。 除此之外， 这项技术产生电能时， 不会产生温室效应， 也不会排放致命的污染。 更

18、进一步说， 风力机安装和生产电能的成本相比其他发电技术 （ 如煤火蒸汽涡轮发电、 潮汐涡轮发电、 地热、 水热、 生物燃料、 基于生物柴油的电能源、 基于核反应堆的发电技术） 来说更加低廉。风力机技术提供了一种性价比较高的可再生能源。 值得一提的是， 风力发电和太阳电池、 潮汐能、 生物能、 氢能、 生物柴油、 生物质能相比， 能够产生更大量的电能并且具备零温室效应。 一个风力发电机组的工作过程实则是一台电扇工作的逆过程， 风力机利用风产生电， 电扇利用电产生风。 用更加专业的术语来讲， 风力发电机组是将风的动能转化为电能。根据风力机的发电能力和风轮的设计类型， 风力机有多种容量和类型， 小型

19、风力机的输出功率低于 10kW， 一般用于住宅、 电信的天线接收以及抽水灌溉。 曾有一则风力机广告提及， 不包括劳动力成本， 花费 200 美元即可搭建一个使用廉价组件的 5kW 风力机系统。 而公用电网内的风力发电机组具有较高的额定功率， 一般范围为 100kW 5MW， 足够提供 10 500 个家庭使用。目前， 用于公用电网的大功率风力发电机组如同雨后春笋般出现在乡村和近海地区， 发电总功率超过了 500M MW， 并且当前维护和运营成本为零的特点使得发电成本很低。 早在 1970 年， 丹麦就开始发展风力发电技术， 截止 2010 年底， 预计会拥有超过 4500MW 的风力发电机组容

20、量。 此外， 丹麦的电能至少有 40% 来自风力发电机组， 从而实现了低成本、 低温室气体排放和无污染的显著优势。根据风轮叶片旋转原理， 现代风力机可以分为水平轴风力机 （ HAWT） 和垂直轴风力机 （ VAWT） 两种结构。 水平轴风力机类似打蛋机的设计， 采用了以法国著名发明家命名的达里厄型模型。 不论何种分类， 风力机都是将风的动能转化为机械能， 驱动交流 （ AC） 感应发电机产生电能。具有两个或者三个叶片的水平轴风力机是最常见的。 风吹在螺旋桨式叶片上， 给叶片 “ 升力” 使其以低速旋转。 采用三叶片的风力机转子轴迎风为逆风向运行。第 1 章 风力机技术发展概述9风轮叶片的锥形设

21、计是为了使叶片捕获的风动能最大化。 优化的风力机性能严格地取决于叶片的锥角和安装风力机的塔筒高度。 通用电气公司率先开发了风力机独特的功能， 如： 在变风环境下提高风力机性能， 减小负载时的变速控制， 以及低成本的风力机应用。 因为高可靠性和高效率， 通用电气公司有超过5000 台1. 5MW 风力发电机组正在世界范围内得到应用。风力发电机组的主要部件包括： 低速风轮， 是两到三片优化翼型的轻型叶片组成， 工作速度在 30 60r / min； 高速轴， 是通过齿轮箱装配连接到低速部分， 运行速度在 100 200r / min； 除此之外， 还包括变桨电动机驱动系统、 偏航电动机驱动组件、

22、机舱、 风向标、 工作在高速范围的交流感应电动机、 速度控制器单元、 塔筒、 风速计和其他一些能够保证风力机能在飓风中运行的必要机械部分。 风是由于太阳对地面的不均匀照射、 地表的不规则性、 地球自转所形成。 然而， 风的流动形式与地表的特征、 水体以及周围的植被相关。 由风力机产生的能量， 可用于完成特殊的任务， 诸如灌溉庄稼、 抽水、 驱动交流感应电力机产生电能输入公用电网等。1. 2 可替代性能源的主要优点和缺点美国是世界上电力消费最大的国家。 据能源杂志公布的数据， 美国的电力能源有 38. 1% 来自石油， 22. 9% 来自天然气， 23. 2% 来自煤炭， 8. 1% 来自核电站

23、，2. 9% 来自生物能， 2. 7% 来自水力发电， 1. 7% 来自于丙烷气， 0. 3% 来自地热， 从风力发电机组中获取的电能仅占 0. 15% ， 还有 0. 1% 来自太阳能。 从公布的数据中还得知， 全球风力发电约占电力供应的 1% 。 然而， 由于化石燃料的成本问题， 以及来自 OPEC 国家石油供应的不确定性问题， 一些国家正在考虑大力发展风力发电技术。 至于所关心的发电成本 （ 美分/ kWh）， 风力发电的成本相比传统能源的成本， 如相比燃煤电厂的发电成本， 有较强的竞争力。可再生能源以合理的成本提供了洁净的、 可持续利用的、 对环境无影响的能源生产， 为生活带来诸多益处

24、。 笔者所进行的研究统计表明， 风能和太阳能提供了最洁净和性价比最高的可再生能源。 进一步的研究表明， 风力机最适合用于淡化海水、 灌溉农田、 在沿海地区进行食品加工。 尤其在缺乏淡水的沿海地区进行海水淡化是极其有效的。任何一种能源生产或方案都需要正确的安装和特定的操作条件， 来确保符合成本效益的运营。 某些能源需要在安装阶段进行大量投资， 而另外某些能源的获取则需要有独特的运行机制， 如在特殊的地理位置或地形独特的地方进行能源生产。 如前所述， 每种能源生产方式 （ 燃煤发电、 核能、 水力发电、 潮汐发电、 地热能和水热能、 生物燃料、 传统的柴油发电机组和风力发电） 都有其各自的缺点。

25、燃煤发电方式会产生对人体有害的污染气体和雾霾。 核电站需要大量的初期投资， 并有辐射的危险。 水力发电安装期间需要水库水压恒定， 潮汐发电需要海浪具备特定的条件， 比如在葡萄牙沿海地区的海浪特征。 地热和水热能源要求在低温和高温地下区域利用能源； 此类地域目前只存在于冰岛境内。 而生物柴油能需要大量的原材料供应。注意， 冰岛利用其低温和高温区域中的地热和水热能源可以满足当地 70% 的电力需求。 在冰岛的能源专家预测， 到 2025 年， 电力能源约有 80% 以上产自以地热和水热为主的清洁能源。 冰岛的地热和水热主要来源于中大西洋海脊的两个板块。 这两个板块面对面， 但在向相反的方向移动。

26、板块的移动将产生巨大的动荡， 引起地下产生高温。 为加速地热和水热能源的产生， 冰岛于 2008 年启动了深钻项目， 项目是将钻头钻入地下 5km 深处， 接触到温度为 400 600 的地下水， 这种高温的水可以用于加热楼宇， 或产生超高温蒸汽来驱动大型涡轮发电机产生2000 4000MW 的电能。 目前， 该项目侧重达到最适合加热的理想井深并形成热液喷口。冰岛期待能够获取到是当前 10 倍的地热能源。 目前， 冰岛也分配了有限的资源开发风力发电技术。值得一提的是， 尽管存在管理方面的问题， 从太阳能和风能获取电能， 仍然是一种安装成本低、 可靠性高、 性价比高的运作方式。 这两种能源方式转

27、换与其他方式相比， 可以提供免费、 洁净的能源， 并且成本最低、 最为简单。 笔者进行的初步研究预测， 到 2020 年， 风力机技术提供的电能可以满足世界 10% 的电力需求。偶然发现的混合发电方法是可靠性最高且最划算的发电方式。 风力发电加水力发电的方式非常实用且具有吸引力， 因为其需要极少的时间和精力来打开或者关闭一个水涡轮机的阀门。 注意， 当在强风期风力发电不可行时， 存储在蓄水池里的水可以用来驱动水涡轮机发电进行补充。1. 3风力发电技术的优点和缺点1. 3. 1 优 点与其他能源相比， 风力发电技术可以实现了可靠、 无污染的可持续运作。 风力发电技术的主要优点可以归纳为如下几点：

28、1） 节约成本； 依赖公共电网电能的使用者将不再需要面对能源短缺或者电网断电的问题。2） 风力发电为环境友好型、 提供高效低成本的电能， 尤其是在那些偏远地区、地理条件恶劣的地区。3） 安装不会损坏原房屋、 办公楼或者商业楼， 并且安装过程可以随时终止， 不会在安装地点留下不良影响。4） 风力机不需要频繁、 间歇地维修， 不需要雇佣专业人员； 与蒸汽和燃气涡轮发电机系统相比， 节省了维护或运营成本。5） 风力发电技术基本上可以满足住户离网时的生活用电， 而这个特点是其他发电技术做不到的。尽管风力发电技术有如上优点， 但也存在一些缺点。 尤其是一般塔筒的高度为50 70m， 若在塔筒上有部件需要

29、更换， 或者强风引起塔筒或机舱损坏， 需对其进行必要维修时， 会花费大量经费。1. 3. 2 缺 点提前确认风力机潜在的缺点和危险是合理的。 持续的噪声是最恼人的因素。 例如， 一般选择在远离居民区、 学校和商业区的地方安装风力机， 来解决持续的高风噪声的问题。 更重要的是， 大多数的风力机噪声较强， 并且风力机叶片对飞行高度不到 350ft （1ft 0. 3048m） 的鸟类来说是危险的。 更早的建于 15 25 年前的风力机， 不仅噪声大， 性价比也不理想。 风力机的噪声是随着风力机高度、 叶片尺寸、输出功率的增加而增加。 目前大多数的风力机叶片长度为 50 150ft， 高度为 100

30、 300ft， 这取决于地表的粗糙度、 风速的垂直分布、 局部地形特征、 风场的风力机数量和电力生产要求。风力机的安装成本取决于安装地址、 塔筒高度和输出功率。 一个典型的1. 5MW 的通用电气风力发电机组的成本约为 250 万美元， 包括了组件、 安装和选址。 这个成本要比更高功率风力发电机组的成本高得多。 风电场选址和塔架结构也是其昂贵的原因。 然而， 从 1980 年起， 根据电力科学研究院估计， 风力发电的成本已经下降了 4 倍。风力机的轮毂通常位于距地面约 30 层楼的高度， 3 片长度为 130ft 的叶片连接在轮毂上。 尽管在细致的安装后风力机基本无需维护， 但是普通的技术人员

31、没有资格进行这项任务。 风力机的安装和维护需要智慧、 敏捷的思维、 分秒必争的决策能力、 耐力、 强悍的膝盖、 和克服高空眩晕的能力。 换句话说， 专业从事风力机维护的技术人员必须提高警惕， 在超过 235ft 狭小的空间里存在高压电缆和旋转的金属部件。 一个风力机塔筒不包括电梯， 登上塔筒顶部的惟一方式为攀登塔筒内部的狭窄钢梯。 在如此狭窄的环境中执行任务， 对于一个普通的技术人员来说是极其困难的。 然而， 敏捷又经验丰富的技术人员能在 10min 之内到达塔顶， 甚至一天往返数次。 风力机技术人员需要 8 个星期的严格训练并参加包括安装、 操作、 维护内容的课堂教学。 在工作条件下， 风力

32、机的技术人员要面对的是， 在近 300ft 的高空支持又极少的危险境况。 不过， 最好的风电技术人员可以赚取六位数的年薪。1. 3. 3 风力机安装要求风力机的安装有其规范和操作细则， 这些严格的安装要求不能被定义为苛刻。比如说， 风力机安装工作人员和设计者必须仔细地考虑风电场选址和风电场条件。他们必须选择最优的风轮叶片参数、 各台风力机之间的间隔、 风力机高度和塔筒结构， 以及考虑其他一些能够保证可靠、 安全、 高效、 维护量小、 运行成本低的问题。 在 20 世纪 80 年代， 叶片长度约为 25m， 直至发展到今天的 125m， 巨大叶片引起的风力机的视觉冲击也被看做是一个不利因素。 德

33、国新型风力机风轮跨度甚至更大， 塔筒安装高度为 100 328ft。 而在 20 世纪 90 年代， 70m 的轮毂高度一般就觉得是 “ 刷爆记录”。1. 3. 4旧风电场的改造以提高现存风力机的输出功率要达到最优的风力机性能和最大的收益这两个基本要求， 急需有提高轮毂高度和旧风电场改造的方案。 需要提及更高的轮毂可以使风力机矗立在更强和更恒定的风中， 从而可以提高年运行时间， 因此使得风力机运行效率更高。 丹麦的风力发电机组性能数据表明， 在原风电场发电能力提高 2 倍的情况下， 与风力机设计参数没有变化相比， 风电场可以传输比原来多 4 倍的电能。 旧风电场改造方案的目的在于， 用更大功率

34、的风力机取代现有风力机， 来获取更多的电能。 基于高度的限制， 一个旧风电场改造后可以多产生 50% 的电能。 一个风电场必须发挥其最大的潜能满足成本效益的设计要求。德国政府计划支持一个风电场的改造方案， 用更大型的风力发电机组替代原有风力发电机组来产生更多的电能。 目前， 若干风电场都准备用更大的风力发电机组替代原来的风力发电机组， 这样会显著地提高风电场所产生的电能。 这种趋势在其他国家同样风靡， 因为此举可以减小风力发电的发电成本。1. 4世界风力机安装情况为了减小对外国昂贵的石油、 天然气的依赖， 很多国家都在寻找生产清洁能源的方法。 外国石油和天然气成本的上涨已经摧毁了几个国家的经济

35、。 由于风力发电技术能以较少的初期投资产生 50 500MW 的电能， 因此风力机技术受到了高度的重视。 该技术已完全成熟， 风力发电提供的各种输出功率可以满足住户、 商业、 工业的需求。 在下文中将详述风力机的运行情况和安装情况， 重点介绍单台输出功率和性能参数。今天的风力机高度可以达到华盛顿纪念碑的高度， 叶片长度超过 100m 或328ft。 风力发电机组的输出容量也高达 5MW， 可以满足数百个家庭的电能需求。风力发电技术成熟， 当有风力恒定时， 可以实现连续可靠的运行。 2008 年 4 月， 密苏里州的一个人口接近 1500 人的小镇， 成为了美国第一个通过风力发电获得全部所需电能

36、的地方。 这些电能来源于一个 5MW， 4 台风力机的风电场。1. 4. 1 丹 麦早在 1970 年， 丹麦就成为风电技术的领军者。 建成了我们所熟知的风电场， 产生大量的电能。 在丹麦， 风力发电前景极其被看好， 政府有计划将 77 台风力发电设备转换为 13 台容量更大的风力发电设备。 每台大容量的风力机可以产生的电能是现有 2. 5MW 风力机容量的 4 倍。通过风力发电机组发展历史 （ HWTD） 调查， 早在 1941 年， 丹麦就有 50kW的风力发电机组开始发电， 并在 1957 年将 100kW 的风力发电机组入网运行。1980 1990 年具有兆瓦级容量的风力发电机组在沿海

37、地区搭建。 丹麦计划要在2020 年采用风力发电技术生产超过 4500MW 的电能。 其议会在 2009 年立法， 规定如果风电场运营商安装的风力发电机组使居民房产价值缩水， 则需要对居民作出一定补偿。 立法会同时授权运营商， 可以将旧风力机和低效的风力机出售或海运至东欧国家。 所有这些举措都表明， 该国将发展风力发电技术， 以满足国民对电力的需求。1. 4. 2德国德国的科学家和工程师很早就开始进行风力发电技术的研发， 但推迟了利用该技术产生大量电能的实施计划。 在 20 世纪 80 年代初， 若干千瓦级的风力发电机组安装到阵风比较频繁的沿海地区。 根据 HWTD 调查显示， 德国工程师早在

38、 1936 年就安装了 10kW 的风力发电设备， 1958 年安装了 30kW 的风力发电设备， 并且在1980 2000 年， 新增了更大容量的风力发电机组。 根据德国风能行业协会的记载， 德国计划到 2020 年至少新增 15000MW 的风力发电能力。 协会选择在丘陵和沿海地区搭建风力发电机组， 那里一年四季都有较高水平的风能资源。 基于风力发电行业的最新消息， 德国政府计划支持一项大型风电场的运营计划， 这项计划将搭建很多小型风力发电机组， 可以产生更多的电能。1. 4. 3中国中国的戈壁沙漠地区有较大面积的空旷地区， 并且那里全年都刮大风。 戈壁沙漠是最理想的搭建风力发电机组的地方

39、， 2000 2008 年， 中国在戈壁沙漠地区安装了数百台 100MW 的风力机， 并且计划在西藏的全年强风的开阔地带安装更多的风力机。 中国的能源专家预测， 在戈壁沙漠地区安装更多的大容量风力发电机组将推动目前的发电能力， 在 2012 年可以达到超过 10000MW 的发电量。 大多数的风力发电机组都连接到公用电网， 确保能够以最低的成本提供给用户持续的电能。 由于中国的人口已接近 13 亿， 极大的用电量将会证明， 使用风力发电产生的电能比燃煤蒸汽发电机或核反应堆产生的电能性价比更高。中国拥有庞大数量的人口， 以最低的成本提供大量的电能是非常有意义的。 风能是可持续利用的资源， 风力发

40、电技术提供了清洁的、 性价比高的电能。 高海拔的西藏和戈壁沙漠地域宽广的地方， 是能以最低的成本生产大量电能的理想场所。1. 4. 4美国早在 1987 年， 美国的第一台 500kW 的风力发电机组投产运营； 1995 2000年， 继续建立了几个容量范围为 10kW 5MW 的风电场。 除此之外， 2000 2008年， 安装了 50 500MW 的风力机。 这些风力发电设备大部分位于西部沿海地区（ 加利福尼亚州、 俄勒冈州和华盛顿州） 和东部沿海地区 （ 马萨诸塞州、 佛蒙特州和缅因州）。 在美国， 阿拉斯加沿岸地区常年具备强风条件， 是适合安装风力机的地域。 而蒙大拿州、 堪萨斯州和类

41、似地区的大型平原地带同样是适合安装风力机的地方， 目前以最低的成本运营着从 100kW 5MW 容量范围的风力发电机组。 提供住宅用电的风力机一般装在北部的阿巴拉契亚山地区、 北卡罗来纳州、 纽约州、 缅因州、 蒙大拿州、 康涅狄格州和其他具备高风速条件的地方。可再生能源专家指出， 2005 年底美国风力发电机组的发电量超过 18000MW， 超过德国的世界最大风电生产国家， 并且到 2008 年底， 足够为 500 万户普通居民提供电力25000MW， 届时， 风能的发电能力将占新增电能的1 / 3。 目前正在规划部署的是发电能力超过 1000MW 以及更大规模的风力发电项目。 德克萨斯州的

42、一位石油商 T. Boone Pickens 提出建造一个具备 4000MW 发电能力、 占地面积为 400000 英亩 （1 英亩 4046. 86m2 ） 的风电场。 此外， 能源专家预测建造一个风电场占地约 750000mile2 基本等于德克萨斯州、 加利福尼亚州、 蒙大拿州、 佛罗里达州的面积总和将可以满足美国总用电量的需求， 可以在 2030 年满足国家 30% 的电能需求， 而目前， 风力发电产生的电能满足 10% 的电能需求。 加利福尼亚州、德克萨斯州和爱荷华州现被认为是最具有吸引力的风电电能产地， 这些地方能够产生大量可以有效并入电网的风电电能。虽然现在美国风力发电所产生的电

43、能小于总电能的 0. 5% ， 但是数家美国公司制造了各种类型的风力机， 用来满足市民的需求。 一些美国制造商、 经销商专门从事小型风力机 （10 100kW）、 公用电网风力机 （ 1 5MW）、 大型风力机 （ 50 500MW） 的制造。1. 4. 5加拿大加拿大东部和西部沿海地区都具备良好的风力条件， 非常适合风力机运营， 同样， 加拿大北部几个区域也适合风力机的安装。 然而， 那里天气条件比较恶劣， 进入这些地区比较困难。 因此， 尽管这些地区有着良好的风力条件， 也直到 1987 年才开始安装风力发电机组。 20 世纪 90 年代初， 若干用于公用电网的小容量风力机（5 10MW） 安装在东部沿海地区。 2005 2008 年， 陆续安装了一批小规模输