250 小型风力发电机总体结构的设计

第一章概述1.1 风力发电机概况 风能的利用有着悠久的历史。

近年来, 资源的短缺和环境的日趋恶化使世界各国开始重 视开发和利用可再生、 且无污染的风能资源。

自80年代以来, 风能利用的主要趋势是风力发 电。

风力发电最初出现在边远地区, 应用的方式主要有: 1) 单独使用小型风力发电机供家 庭住宅使用; 2) 风力发电机与其它电源联用可为海上导航设备和远距离通信设备供电; 3) 并入地方孤立小电网为乡村供电。

随着现代技术的发展, 风力发电迅猛发展。

以机组大型化(50kW～ 2MW )、集中安装和 控制为特点的风电场(也称风力田、风田) 成为主要的发展方向。

20 年来, 世界上已有近30 个国家开发建设了风电场(是前期总数的3 倍) , 风电场总装机容量约1400 万kW (是前期总 数的100 倍)。

目前, 德国、美国、丹麦以及亚洲的印度位居风力发电总装机容量前列, 且 未来计划投资有增无减。

美国能源部预测2010 年风电至少达到国内电力消耗的10%。

欧盟5 国要在2000～ 2002 年达到本国总发电量的10%左右, 丹麦甚至计划2030 年要达到40%。

中国是一个风力资源丰富的国家, 风力发电潜力巨大。

据1998 年统计, 风力风电累计 装机22.36万kW , 仅占全国电网发电总装机的0.081% , 相对于可开发风能资源的开发率仅 为0.088%。

中国第一座风力发电场于1986 年在山东荣成落成, 总装机较小, 为3×55kW。

到1993 年我国风电场总装机容量达17.1MW , 1999 年底, 我国共建了24 个风力发电场, 总装机 268MW。

我国风力发电场主要分布在风能资源比较丰富的东南沿海、西北、东北和华北地区, 其中风电装机容量最多的是新疆已达72.35kW。

在未来2～ 3 年内, 我国计划新增风电场装 机容量将在800MW 以上, 并且将会出现300～ 400MW 的特大型风力发电场。

1.2 风力发电机的研究现状1.2.1 国外风力发电机的研制情况美国从1974年起对风能进行系统的研究，能源部对风能项目的投资累计已达到25亿美 元。

许多著名大学和研究机构都参加了风能的研究开发，目前己安装了8个巨型风力发电机 组。

到19%年末，风力发电总装机容量己达到170x 410 kw，所提供的电力占全美电力需求量 的10%，居世界之首位，主要集中在加利福尼亚州。

美国国会己通过了能源政策法，在能源 部的规划下， 将会改变风力发电集中于加利福尼亚的局面，在年平均风速达5.6m/s的中西部 12个州将建风力电站。

据能源部预测，在未来15年内，风电将增加6倍。

在今后2年内，在怀 俄明、伊阿华、明尼苏达、得克萨斯、佛蒙特、缅因州等修建大型风电场，这些风电场将使 美国风力发电能力再增加40x 4 10 kw， 预计到2010年， 风力发电总装机容量将达到630x 4 10 kw， 可满足全美电力需求量的25%。

德国是欧洲风力发电增长最快的国家，近年风力发电量急增，尤其沿海各州，风力发电 发展迅速，己超过丹麦，成为世界第二。

到1995年己建成1035座风力发电装置，装机容量 49.4x 4 10 kw，1996年新装机约950座，装机容量为48x 4 10 kw，到19%年底德国己拥有4500座风力发电装置，总装机容量达到约160x 4 10 kw，1997年估计可增加5x 4 10 kw，可为20多万个 家庭提供日常用电。

这些风力发电装置中的1600个是政府投资建设的。

装机容量超过1OO0kW的风电场有250个，300OkW的最大风电场已投入使用，发电能力63x 4 10 kw，西部5x 4 10 kw风力发电计划可望在2一3年内完成，并投入运行。

德国80%的风力发电装置都是安装在沿海地 区，沿海各州已拟订其风力发展规划，下萨克森州计划到2005年，将风力发电能力增至 13Ox 4 10 kw，斯雷苏比克一霍尔斯泰因州议会决定到2010年建设120x 4 10 kw风力发电设备， 要求该地区配电公司、Schleswag电力公司大力配合，该公司管辖区内的风电场装机已达33.7x 4 10 kw，该公司也得到IPP(独立系统发电业者)大力协助，预定进行198x 4 10 kw风电场 的建设。

丹麦是风力发电先进国家之一，它将风力发电作为国策，已有风力发电站近4000座，总 装机容量73x 4 10 kw，发电总量达到634x 6 10 w，相当于一个中等规模的核电站发电量，占全 国能源总消耗量的3.7%。

丹麦政府在“能源2000计划”中规定，到2005年，风力发电目标为 150x 4 10 kw，相当于国内电力消费量的10%，到2020年，风力+PV+波力确保电力需要的25%， 现在计划有减缓的倾向。

环境厅对各自治体提出要求，要求他们单独提出风力发电装置建设 计划，预计未来10年风力发电量将达到1500 6 10 ´ w。

荷兰1986年开始实施风力发电研究，开发5年计划NOW和引入风力发电5年计划IPW。

目标 为1991年末总装机容量达到5´ 4 10 kw，但计划没达到预定目标，只达到4.9x 4 10 kw，318座，发电总量5.5x 4 10 kw·h，其后决定实施1991一1996年目标为40x 4 10 kw的TWI五年计划。

计划目标是1994年末风力发电能力达到14.4x 4 10 kw，629座，发电量为24.7x 4 10 kw.h，为荷兰总发电量的1.2%。

到1996年末，风力发电装机容量己达到3zx 4 10 kw，2000年为50x 4 10 kw。

英国英伦三岛的风力资源相当丰富，特别是苏格兰是世界风力资源最丰富的地区之一。

英政府历来重视风能等非化石燃料的开发，目前英国己有20多个风电场投入运行，到19%年 总装机容量己达到26.4x 4 10 kw，2000年达到80x 410 kw。

瑞典从七十年代开始风力发电的开发， 经过20多年的努力， 己成为该领域的领先者之一，到19%年底，装机容量己达到9.5x 4 10 kw。

220多座风力发电站，大部分位于南部地区和波罗 的海的厄兰岛及哥德兰岛上，哥德兰岛的风力发电量可保证全岛68%的能源需求。

为了更充 分地利用风力资源，瑞典成立了包括一系列电力供应公司的专门财团，目标是在近几年内使 风力发电量增加4倍。

瑞典由于场地问题，致力于海洋风力发电。

由于建设费和与输电的连 接费用高，所以规模有大型化的倾向。

1.2.2 国内风力发电机的研制情况1.2.2.1 我国风力发电概况中国利用风能己有悠久的历史，古代甲骨文字中就有“帆”字存在，1800年前东汉刘 熙著作里有“随风张慢曰帆”的叙述，说明我国是利用风能最早的国家之一。

1637年明崇帧 十年《天工开物》书里有“扬郡以风帆数页，侯风转车，风息则止”的记载，表明在明代以 前，我国劳动人民就会制作将线运动转变为风轮旋转运动的风车， 在风能利用上前进了一大 步。

我国东南沿海向来有风力提水的使用习惯，江苏省1959年曾有多达20余万台提水风车，后来大部分风车被柴油、电力所取代，但部分地区一直使用风力提水。

50年代中期曾研制小型现代化风力提水装置， 50年代后期开始研究小型风力发电机组， 但限于当时技术经济条件，小型机组在试验中受挫而停顿。

至70年代，先后试制了1、2、10、12、18、20千瓦样机，其中18千瓦机组于1972年7月安装在浙江省绍兴县雄鹅峰上，1976年11月迁装到底泅县菜园镇运转发电，一直运行到1986年8月。

1978年将研制风电设备列为国家重点科研项目后，进展加快，先后研制生产了微型和1一200千瓦风电机组，其中以户用微型机组技术最为成熟，己有100、150、200、300和500瓦微型机组系列定型和批量生产，产品质量良好，不但可满足国内需要，还远销国外。

1998年底，全国安装微型机组178574台，约计1.7万千瓦，还有独立供电机组，已有1.2、2.5、5、7.5和10千瓦机组，以销定产小批量生产。

在网外无电地区，推广微型、小型风电机组，是解决无电农牧民用电的有效途径，有其独特的优越性，也是中国发展微型、小型风电机组的特色。

在网外地区利用风柴蓄联合发电系统，能获得稳定的电力，又有明显的节油效果，发展该系统，将促进风力从为生活服务转向为生产提供电力，从而跨上一个新水平。

风/光互补发电系统，能有效地利用自然资源。

在我国很多地区，冬半年风大，太阳辐射强度小；夏半年风小，太阳辐射强度大，两种能源的分布季节正好相反，互补利用可满足用户用电需求。

在国际上，80年代中期，商品机组以55一150千瓦为主，山东荣成进口3´55千瓦机组， 1986年并网发电，新疆达阪城和广东南澳进口90千瓦、100千瓦和150千瓦机组计17台，装机 容量4490千瓦， 均于1989年并网发电。

90年代初期国外商品机组单机容量200一300千瓦， 1992一1996年我国进口风电机组以200一300千瓦机组为主，1996年建成17个风电场，装机合计57700千瓦。

90年代中期500一600千瓦商品机组推向市场，批量生产，标志着商品机组技术 日臻成熟，造价相应下降。

1996年，国家在“双加”工程中，按照扶强扶优的原则，选择了达阪城二厂、辉腾锡勒、括苍山和张北四个风电场进行重点改造，进口133x600千瓦、13x300千瓦机组，合计83700千瓦，分别于1997一1998年竣工验收。

同年，国家计委又制定乘风计，旨在以技贸结合形式，与国外组建合资企业，在建设24万千瓦风电场的同时，引进技 划”术，消化吸收，达到自主开发、自行设计制造大型风电机组的能力。

1996年采用招标评议方式确定“中国第一拖拉机工程机械(集团)公司”和“西安航空发动机集团公司”为大型风电机组总装厂;1998年上述中标公司分别同外商合资成立 “洛阳美德风电设备有限公司” 和 “西，标志着中国风力发电事业揭开了崭新的一页。

安维德风电设备有限公司”我国风电的利用大体上采用三种方式，一是户用式，可独立运行，用蓄电池，直流输出或逆变交流输出;单机容量为100一300W，可基本满足照明、电视等家用电器的生活用电需要。

其次是孤立的小居民区用，独立运行，有蓄电池、直流输出或逆变交流输出，统一向各家各户供电或每天为其更换蓄电池，单机容量为1一5kw。

这种方式也可供无电风区边防哨所、气象台站、雷达站、电视差转台以及无电区小火车站使用。

三是建立风电场，联网后输出，有的与柴油发电机组或太阳能电站联合，有稳定的输出。

目前己有14座稍具规模的风电场，他们是新疆达坂城、广东南澳岛、内蒙呼和浩特辉腾锡勒、内蒙朱日和、内蒙商都大山湾、辽宁瓦房店东岗、瓦房店横山、福建平潭、浙江嗓泅、浙江大陈岛、山东荣成马兰、山东长岛、海南东方、浙江苍南鹤顶山。