风力发电的发展历史、现状及趋势综述

CAIXUN财讯 风力发电的发展历史、现状及趋势综述 □ 西华大学西华学院 刘峻豪 / 文 随着全球科技技术爆发式提升，作为主要能源提供的化石能源日渐枯竭，从长远来看人类必须找到其他的代替能源。现主要发展的替代能源即新能源主要有风能、核能、太阳能、地热能等等。本文主要探究风力发电的发展历史、现状及趋势。风力是可再生能源，而且基本不会破坏环境，是稳定、安全的能源。因此，世界大部分国家正努力研发风力发电技术。 风能 风力发电 控制技术 电力系统 风能利用历史 （1）世界风能利用历史 数千年前就出现了利用风能带动帆航行的船。后又制造出一种风力机，可以利用风能来碾米和提水。虽然人类利用风能在历史上很早就出现，但是风力发电技术发展却只有不到两百年的历史。19世纪80年代末期，第一台的风力发电机由美国制造成功，但仅有12kw的功率。1939年至1945年期间，丹麦首次投入使用少叶片风力发电机。19世纪50年代初期，丹麦制造出第一台交流风力发电机。1930年至1960年，丹麦、美国等欧美国家开始研发更大功率的风力发电机。20世纪80年代，已出现630kW的风力发电机，国际技术已攻破风力发电技术瓶颈，大幅降低风力发电成本。1990年，新一代风力发电机的雏形已形成。 （2）我国风力发电历史 上个世纪90年以来，大型风力机开始在我国推广应用，取得了可喜的成就。截止2000年底，全国建成风电场27个，分布在10余个省区，安装机组800余台，最大容量为1300千瓦，总装机容量为400兆瓦，1996年至2001年风电装机容量的平均年增长率为16%，我国已跻身风力发电行业快速发展的国家行列。2016年中国风电新增装机量2337万千瓦，累计装机量达到1.69亿千瓦，其中海上风电新增装机59万千瓦，累积装机容量为163万千瓦。 目前发达欧美国家大功率风力发电机制造水平远远领先我国。在第八、九个五年计划期间，风力发电得到国家重视，被列入重点科研项目，取得了一些突破性成就。在1980年至1990年，我国尝试研制过变桨距调节风力发电机，由于当时我国机械控制水平较低，研发的机组可靠性差，没有形成产业化，此技术并未发展起来。近几年来，通过接受发达国家的技术，我国已可以生产较高功率的风力发电机，并实现了的规模化，2000kW及更高功率的风机正在研发中。目前，我国已完全可以的批量生产功率在1kW以下的风机，也有制造商能够生产1000W到10 000W的风机。 我国风力发电现状 （1）器件制造有难题 目前，我国风力发电机组设备大部分都为进口机组，我国自产的机组所占份额极少。我国发电机组制造业刚刚兴起，虽已掌握风力发电核心关键技术，但还是缺少实战经验。一个原因是风机制造本身具有很高的不可靠性，在世界范围内还未有风力发电机制造商能够完全保证自己制造的风力发电机质量，而我国用户对风机制造厂家更是缺少信心，我国风机制造商在短时间内还难以突破这个瓶颈。第二是价格问题，许多用户对国产风机价格有错误的认知，认为其价格将低于进口风机价格，但由于我国还无法达到风机批量规模化生产的水平，因此生产费用将远高于用户期望。而且，当前最紧要问题是提高国产机组的稳定可靠性，价格问题等到产品得到用户信任后再考虑也不迟。 （2）资源利用不全面 迄今，我国还未进行过全国性的风能资源勘察工作，所用数据还是来自我国气象研究所众多气象台的初步勘测数据，这些数据虽然对风能开发利用有着巨大指导意义，但现有数据库还不能完全支持工程建设。也是这个原因，我国风电厂选址、开发、建设工作都面临巨大障碍。 （3）设计方案忽略本地化 国内风机制造商大部分都是引进国外先进技术，在设计方案时也通常沿用他国在其本地运用的方案，虽然从技术水平上说是国际先进水平，但忽略了我国现实技术水平和施工环境。我国风力资源丰富的地区大部分位于我国北部，本地环境条件恶劣，远远不及国外的标准 （4）装机量提升迅速 我国可开发利用的风能资源十分丰富，经过多年的规划发展，在国家政策的鼓励下，我国的风力发电产业从最初的追求数量，现已向减小成本、提高质量的方向转变，风力发电产业步入持续稳定增长的新历史进程。 据统计，我国风机新增量占世界市场份额在2000年时为2.0%，截至2015 年已达到48.7%，年累计装机占世界份额在2000年时为2.0%，截至2015年达到33.6%。 在《发改委关于建设风电有关要求的通知》（发改能源［2005］1204号）中“风电设备国产化率要达到70%以上”等一系列要求的刺激下，2005年到2009年我国风机新增装机量一直稳定在80%以上的年增长率，我国风机设备生产商快速崛起。尽管后来我国已取消”风电设备国产化率要达到70%”的要求，但经过多年的发展规划，国内风机制造企业已经具有了较强的竞争力。2015年，我国风机新增装机量再度提高。据统计，全国新装风电机组16740台，新增装机容量30673兆瓦，同比增长33.1%。 风力发电技术发展趋势 （1）发展趋势 现阶段风力发电技术发展主要目标为提高风力发电效率、减小成本、降低噪音以及保证稳定投入使用，风力发电技术的主要发展趋势为:高功率、高效率、低消耗、直驱驱动、变速恒频以及智能控制等方向发展。其中，机组类型由传统定桨距失速型发展到变速恒频、变桨距型；传动元件中去掉传统无级变速齿轮箱，因齿轮箱会产生大量噪音，油路复杂，机械磨损高，维护工作量大幅增加；发电机向无刷化发展；风电场由陆地发电到海上发电发展；控制方法向智能控制发展。 目前，我国当务之急是研发有自主知识产权的风力电机系统，不然我国风力电力市场必然受到国外先进技术限制。要积极开发海上风力发电项目，我国海上风力资源十分丰富，甚至不弱于一些海上风力技术发展完善的发达国家，但是对海上风力发电技术的掌握力度却远远不及。 ［1］李俊峰，高虎，马玲娟，等.我国风力发电现状与展望［J］.中国科技投资，2007（ 11） ［2］马晓爽，高日，陈慧．风力发电发展简史及各类型风力机比较概述［J］．应用能源技术，2007，27（9）:24－27． ［3］孙国伟，程小华.变速恒频无刷双馈风力发电系统及其发展趋势［J］.电机与控制应用，2007，34（1）:58-61 ［4］李银莲，李桂琴.风能发电：调整期的新机会［J］.中国经营报，2012-2-13（48）. －105－