国内外风力发电的发展现状及展望

国内外风力发电的发展现状及展望

摘要：风力发电由于其零污染等特点逐渐显示出其巨大的优势，使其日渐受到国际社会的普遍关注，本文主要对风力发电和其主要构件在国内外的发展现状和未来发展趋势进行介绍，指出我国风力发电产业存在的问题，并且对风力发电主要组成结构的发展现状与趋势做出做出总结概述。

关键字：风力发电、研究现状、塔架

引言

自19世纪末人类研制成功了风力发电机组，并建成了世界上第一座风力发电站后，一个多世纪以来，世界各国纷纷研制了各种类型的风力发电设备，风力发电的重要意义受到国际社会的普遍关注与高度重视，风力发电的学术研究和推广普及工作取得了相当大的进展，并且由于社会发展及人类生存的需要，人类对能源的需求也越来越大，因此全世界都在寻求更加高能效、低能耗的新型能源。

一、国外风力发电发展现状

作为世界经济最发达的国家，美国政府高度重视对风能的开发利用。在美国的50个州中，大约有30个州已经开始利用风能资源。在1998~2004年期间，美国风力发电的总装机容量已经超过6740MW，可以满足160万个中等家庭的日常用电需要。美国的GEWIND是世界主要的风电发电机供应商之一，于2002年进入风力发电领域。美国GEWIND风电产品装机容量为1.5MW~3.6MW，都具有变速变桨距运行的特征，配置独特的电子控制装置，不仅能够用于陆上风电场，还能用于海上风电场。

丹麦VESTAS已在全球65个国家和地区安装了4万多台风机，截至2009年末，丹麦VESTAS全球装机容量超过3.8万MW。在中国13个省区的风电场都有丹麦VESTAS的产品，丹麦VESTAS公司在天津建立了生产基地，携2MW、3MW风机进军中国海上风力发电市场。

当前国外风力发电市场的主力机型是1.3MW，2009年全世界新装机组的单机平均功率为1.6MW。2009年全世界MW级的风电机组当年装机容量占到了总装机容量的91.4%，单机容量逐步增大已成为国际风力发电发展的必然趋势。

表1.12010年12月全球累计装机容量前十名的国家

二、我国风力发电现状

我国风能资源开发利用较早，但早期主要是以分散、小规模试验和示范形式为主，规模化风力发电场的建设始于20 世纪90年代。我国自1985年在海南东方风电场安装首台Vestas55kW风力发电机组以来，目前已经基本掌握了风力发电机组及主要部件的设计和制造技术，具备了200kW、250kW、600kW、750kW 风力发电机组批量生产能力。“十五”期间，我国完成MW级风力发电机组的研制，为风电产业参与常规能源市场竞争奠定基础，这将对我国的生态环境保护、能源结构调整、实现国民经济可持续发展起到积极的促进作用。随着风电技术水平的不断提高，单机容量大型化成为风电发展的必然趋势。

图2.1我国风力发电总容量发展趋势

“十五”期间，中国的并网风力发电得到迅速发展。自2007年以来，我国风力发电产业规模发展趋势呈暴发式增长态势。我国在2008年就已达到2010年10000MW的发展目标，而在2010年提前实现了《可再生能源中长期规划》中2020年30000MW的风电装机目标。2010年全国累计风电装机容量已突破40000MW，海上风电大规模开发正式起步。中国风电2010年新增装机容量达到18 928MW，占全球新增装机容量48%，超过美国，成为世界第一风电市场。而在风电开发领域，我国也取得了相当大的成果。2010年10月12日，华锐风电科技集团股份有限公司正式宣布，由其自主研发并拥有全球自主知识产权的5MW风电机组正式出产，这是我国首台5MW风电机组。

三、风力发电产业发展中存在的问题及发展趋势

世界风力发电技术已逐渐完善，随着风电的发展，风电场规模和单机容量越来越大，陆上风电场容易因环境因素(占地、运输、吊装、噪声等)而受到制约。巨型风电机在陆上运输极为困难，并且在安装上也存在一定问题。由于噪声和庞大的体积，使风电场陆上选址及运输都存在很大困难。而这些问题在海上就相对比较容易解决。更重要的是，海上风电场的风能资源好，风速大且稳定，年平均利用小时可达3000小时以上，每年的发电量可比陆上高出50%。

随着海上风电的迅速发展，单机容量为3~6MW的风电机组已经开始进行商业化运行。美国7MW风电机组已经研制成功，正在研制10MW机组，英国10MW 机组也正在进行设计，挪威正在研制14MW的机组，欧盟正在考虑研制20MW 的风电机组，全球各主要风电机组制造厂家都在为未来更大规模的海上风电场建

设做前期准备。就其发展趋势而言反映在小容量向大容量发展，结构设计向紧凑、柔性、轻盈化等方面发展。

四、风力塔架的研究现状和发展趋势

随着全世界对于可再生能源发展的重视，风力发电越来越受到各界的关注。在风能利用方面，越来越多的视线聚焦到如何能够更有效更充分地利用风能，而作为风力发电的重要构件，风力发电塔架有着一定的研究价值。众所周知，为了能够更加行之有效的利用风能发电，风力塔架势必大型化，而随之而来的一系列问题亟待解决。

众所周知，风速随着塔高的增加而增加，更好的风力条件能够获得更高的平均功率和满载小时。因此更高的风力塔架更加适合于在内陆地区推广。随着风力塔架的大型化，塔身弯矩以塔高的高次方增加，使得塔筒底节半径急剧增加，用钢量随之大幅增加。按照国家有关规定，2MW及以上风力发电机组的叶片长度超过37m，塔筒底节直径和法兰直径超过3m，在运输中属于超长、超高、超宽和超重，而超载运输的成本是很高的。传统锥筒式塔架其自身的缺点，如变形大、刚度小、导致塔架设计一般由刚度而非强度控制所以不能发挥钢材高强的特点等。又由于目前多使用的大型圆筒式塔架对焊接要求很高，在塔架起吊安装上也存在问题，因此亟待提出一种在工作性能上更优，施工上更加便捷，运输成本更低，材料用量上更省的新型截面风力塔架。

对于风力发电机塔架的研究，国内外都取得了一定的研究成果，塔架研究的焦点基本上都集中在塔架的结构形式和制作材料方面。在纯钢结构塔架方面，如同济大学的郑瑞杰和马人乐探讨了变截面风电塔架的尺寸优化和形式优化，其结构形式见图5.1。

图4.1变截面风力塔架结构形式

而国外对于塔架结构形式的设计也十分关注，如芬兰的Ruukki公司已经开发了一种新型的风力涡轮塔架，轮毂高度可达到100m~160m。如图4.2和表4.1介绍了Ruukki公司研制的2.5MW的风力发电机组。