夏期明 祝炳和

 

随着人类社会进入21世纪和经济的飞跃发展，世界各国都面临着人口、资源、环境的重大压力。一个人口迅速膨胀的人类社会，正以自人类产生的以来，从未有过的空前速度，大量消耗着地球上的亿万年前形成的极为有限化石能源。因此，推广绿电不仅能够节约不可再生能源，更重要的是减少传统能源对地球环境的严重污染。

风力发电优越性：

1.建设费用低廉；

2.不需燃料即可发电，除常规保养外，无任何其他消耗；

3.风力是洁净的自然能源，无环境污染问题。

风力发电一度，可相应减少960Gco2的排放量，每千瓦风能制造0.25元环境效益。

 

 

 

 

 

图 风能和其他可再生能源的价格比较^[81]（美分/千瓦•时、2011年）

表 全球可再生能源一览表[3]

 

 

 

 

世界风力发电经历三个阶段

第一阶段（1888年~1931年）

风力发电机的诞生及小型风力发电机的发展

19世纪末20世纪初，正处于工业大发展进程中，电的发展使人们的生活取得了重大进步。为了能够取得源源不断的电力，各国科学家纷纷着手研究制造各式各样的发电设备。于是，风力发电机应运而生。1887-88年，美国人Char Les F Brush 建造了第一台风机，当时可为12组电池、350白灯、2盏碳捧弧3个电动机提供电力。

1891年丹麦人Poul La Cour 结合空气动力学设计原理和原始的螺旋桨形状设计了四叶片风轮，应用在欧洲的塔式磨坊。该风轮的高速度使风车完全实践了发电。第一次世界大战后，25千瓦的发电机的应用，扩散到整个丹麦。

 

 

第二阶段（1931年-1970年）

大功率风力发电机的发展

1931年，大功率的风能转换系统首先在前苏联诞生，建立了Balaclava风电站。这个机器在里海沿岸工作了大约两年，产生了200,000度电。

1941年，最大的1.25兆瓦Smith-Putnam水平轴风力发电机在佛蒙特州安装，风车设计两个叶片，175英尺直径的风轮，16吨的不锈钢风轮采用全桨距调节叶片，定值维持在28转/分。

在丹麦，200千瓦Godser Mill风力透平，一直成功的工作到1960年，在逆风风轮上带有桨距可调节叶片，它应用了机械旋转技术调节转速，可在有利条件下运行。

 

 

 

 

 

 

图 近年来风力发电机发展趋势

第三阶段 1970年至今

风力发电高速发展

历史上，由于西欧各国燃料缺乏，而且其地理位置在盛行西风带上，故刺激其发展风力发电。19世纪末，丹麦人首先研制了风力发电机。20世纪80年代风电技术逐步成熟，风电产业成规模发展，并建立了稳定的商业模式。涌现出了近10家技术转为成熟的优秀制造企业，单机容量从百千瓦提高到几百千瓦，变桨风机技术成熟并进入市场。

进入21世纪，兆瓦级的风机成主要趋势，海上风电逐步推广。随着电机容量提高，为应对极限载荷和疲劳载荷的挑战，新的直驱变速变桨和双馈变速变桨逐步成为兆瓦级风机的主流技术。世界风电总装机容量1994年底为350万千万瓦，2003年底已达4000万千瓦左右，平均年增长率达31%，2010年就达80000兆瓦，占欧洲电力需求的10%。

 

 

 

 

 

图 海上风电

从下图可见将来海上风电将和陆上风电平分秋色：

 

 

 

 

 

 

 

世界风电发展较快的国家

下表列出从2000-2007-2010年风电装机容量较大的国家表：

国家	2000	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008	2009	2010
中国	350	400	450	570	760	1260	2660	5910	12210	28500	41820
美国	2610	4245	4674	6361	6750	9181	11635	16879	25000	35159	40180
德国	6113	8754	11994	14609	16639	18415	20622	22247
西班牙	2235	3337	4825	6203	8264	10028	11623	15145
印度	1220	1456	1702	2125	3000	4388	6228	7845
丹麦	2417	2489	2889	3116	3118	3128	3136	3125

德国：德国是世界上风力发电技术先进的国家，截止2010年，装机总量25600兆瓦。德国把风电作为可再生能源的主要发展领域。风电设备生产占全球市场的37%，风电设备制造业已取代汽车制造业和造船业。将投资数十亿美元建立十个海上风电场。至2030年海上风电装机总量将达2.5万兆瓦。今后20年德国政府将投资450亿欧元发展风力发电业，2025年风电将占电力总用量的25%，2050年风电将占发电总量的50%。

丹麦：丹麦是风力发电的先驱国，早在1941年就已有50kw的风机在工作。1957年则有100kw风机在运行。它制造的风机设备占世界产量一半以上，在其出口产业中位居第二。

截止2010年，丹麦装机容量达到4150MW。2009年风能在电力消费中已占20%，规划在10年后即2020年达到50%，2030年将不用化石能，2050年全部用可再生能源：风能及生物质能。一台3.0MW风机，每年便能减少二氧化碳排放5000吨，其一年发电量相当于1.3万桶原油产生的能量。这也说明风电产业前景可观。

美国：美国1978年制定风电发展计划，吸引投资者进入风电产业。1973年能源部就研制成水平及垂直轴风机。美国为现代并网风电的发源地，风电场也是最早从美国加州兴起。当时安装了12,553台风机，容量达911MW，占全美的95%风电功率。预计2030年风电可提供所需电能的20%。

法国：法国投入100亿欧元建设风力发电设施。装机容量达3000兆瓦，把将风力发电发展国家的支柱产业，目前已在英吉利海峡和大西洋沿岸选定了多处风力发电场的地点，建设600座发电设施。

英国2006年10月，欧洲最大的陆地风电场在苏格兰格拉斯科兴建，装机容量达322MW，可满足20万户用电。

荷兰 从十六世纪就大量建立风车，用它排水围海造田，在西部及北部浅海滩地上，造出1/4国土面积，他们把风车视为国宝。

目前世界最大海上风电站在英国投入运营。一个总功率达367.2兆瓦的海上风电站于2012年2月9日在英国投入运营。这个风电站位于布里亚郡附近的海上，拥有1-2台风力涡轮机，能够满足320万户家庭的用电需求。英国现在海上风电装机总量为1.5吉瓦，2020年将达到18吉瓦。

俄国 第一台风机在1931年安转，由于该国有丰富并价廉的石油及天然气资源，因此对风电没有过渡追求。在北部及南部地区有100KW-5MW的风机在运行。

印度 在2007年排名为第四位，是风电大国，2008年达到3900MW，五年计划（2007-2012）为10500MW。

欧洲是海上风电产业发展中心，正朝着深水化、离岸化方向发展。1990年以来欧洲海上风电发展累计装机容量：从2008年开始已进入商业扩展阶段，以达到-2500MW。欧洲每年将投入104亿欧元发展海上风电。

2009年，全球风力发电总装机容量7500万兆瓦，相当于23台第三代核反应堆核电机组（EPR）发电量。据国际能源署预测，到2020年全球风电装机容量1.12亿kw。

几个风力发电案例

风筝发电

欧洲风筝发电开发者---巴斯兰兹朵

10M/只，风速4M/秒，发电量2千瓦

意大利一家风筝发电公司　　　　 

10M/只（400M高空），发电量2.5千瓦

德国小型风筝发电机 100高度 可供家庭几千度电力

俄国波德哥茨　　　50个巨大风筝从上到下排成串，每个风筝面积巨大可调节高度，取得稳定电功率。

美国科学家　  　  用300个发电风筝，在200平方公里的空间，组成了高空及电场，足以供应芝加哥整个城市的电力需求。

 

 

 

 

飞上高空发电

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

美国麻省理工学院下属风能公司，用空中风力涡轮机，即风车和飞艇结合，它有一个充满氦气的外壳，漂浮在高空，利用高

空的风力发电，再通过电缆送回地面。比起通常风机，它可以减少65%能耗65%能耗它几乎没有环境及噪音污染，未来它可

以用于偏僻的工业区、村庄和军事阵地，提供能源。

巴林世贸中心---中东风塔发电

双子塔50层，高240米，两座塔之间16层（61M），25层（97M），35层（133M）处分别设一座跨越桥梁，3座直径29米的风力发电涡轮机与其相连的发电机，安装在这三座桥梁上。风力涡轮机提供所需的11-15%电力或者1100-1300千瓦时/年，足够300个家庭1年的照明电。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

迪拜的能源塔

阿联酋的迪拜城的世界第一高楼能源塔，高322米（68层），塔顶装有风电发电机，可以全部能源自洽。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

广场中的树形风机

 

 

 

 

 

 

 

 

 

风电汽车

如“绿鸟”风力汽车：有钢制的驱动翼，会产生向上的动力驱动汽车，使车速达到风速的3-5倍，当风速48KM/hr时，汽车速为202.9KM/hr。

 

 

 

 

 

 

风电货船

日本“新爱德丸号”两组帆，长66M，宽10.6M，载重1600吨，总面积195M，船速24KM/hr（13海里）

法国、荷兰、芬兰、澳大利亚、印度等国正在积极研制风电船，载重从几千吨到万吨级远洋轮。

 

 

 

大烟囱造风发电

烟囱越高，直径越大，抽吸空气的能力越强。

1982年德国和西班牙合作，在沙漠高原上，建成世界上第一座太阳能热气流电站，原理：让阳光制造热气，推动风力发电机，得到清洁的电力。

 

 

 

 

 

至2011年世界风电装机总量较多的国家：

中国、美国、德国、西班牙、印度、意大利、法国、英国、葡萄牙及荷兰。近几年来，每年以30%的速度增长。