风力机发展简史

1.5 风力机发展简史 1.5.1 古代风力机
风能，是人类最早使用的能源之一。

最初的古代风机是一种简单的垂直轴风力机，公元644年波斯人制造了立轴式磨面用风力机，如图1.8——古代风力机。

以后又发展了一种水平轴风力机，它的风轮具有十根梁，其间用张线固定，每根梁上有一块小帆布。

至今在江苏一带还可见到竹木帆布结构的风力机。

这种风力机在农田灌溉和盐池提水方面仍起重要作用。

1.5.2 中世纪风力机
到公元11世纪，在中东，古代风力机应用很广泛，到13世纪，这种风力机传到了欧洲。

到14世纪，荷兰率先改进了古代风力机，并广泛利用这种改进后的风力机为莱茵河三角洲的沼泽地和湖泊抽水。

在16世纪，荷兰先后建造了当时的第一个制油厂、第一个造纸厂以及锯木厂，这些都是利用风力机作动力的。

到19世纪中叶，在荷兰有9000台传统风力机在运行，如图1.9中世纪传统风力机。

中国宋朝是风力机的全盛时期，当时流行着垂直轴天津风车。

在产业革命期间，由于蒸汽机的出现，荷兰的风力机利用开始走下坡路。

到20世纪，荷兰只有2500台风力机在运行。

到1960年，仍在运行的风力机不到1000台。

美国中西部的多叶式风力提水机，在十八世纪末曾多达数百万台。

1.5.3 近现代风力机
在十九世纪末，丹麦拥有3千台工业用的风力机和3万台用于家庭和农场的风力机。

从50年代到60年代，中国研制了十几种风力机，最大的已超过30千瓦。

从60年代开始研制的小型风力提水机，有30种不同型号，对我国开发利用风能起了积极作用。

国际上也开发研制了多种风力机。

表 1.2 国际上1970年以前研制的100kW 级及以上的风力发电机组 Table1.2 Wind turbine sets developed before 1970 in the world(>100kW)
国名 额定功率 （kW ） 额定风速 （m/s ） 叶轮直径 （m ） 叶轮转速 （r/min ）
叶片数 塔高 （m ） 投运年份 苏联 100 10.5 30 30 3 30 1931 美国 1250 13.5 53.3 26 2 33.5 1941~1945 英国 100 15.25 15.3 130 3 1954 英国
100
13.5
24.4
95.4
2
30
1955
图1.9 中世纪传统风力机
图1.8 古代风力机
丹麦200 15 24 30 3 24 1957
西德100 8 34 42 2 24 1957~1968 法国132 12.5 21.2 56 3 1958
法国800 16.7 30.2 47.3 3 32.3 1958~1962 英国100 18.5 15.2 75 3 10.7 1959
法国1000 17 35 3 1963
1890年丹麦的P·拉库尔研制成功了风力发电机，1908年丹麦已建成几百个小型风力发电站。

自二十世纪初至二十世纪六十年代末，一些国家对风能资源的开发，尚处于小规模的利用阶段。

国际上1970年以前研制的100kW级及以上的风力发电机组如表1.2所示。

表 1.3 国际上1970年至1980年初投入运行的100kW以上的风力发电机组
Table1.3 Wind turbine sets operated between 1970 and 1980 in the world(>100kW)
国名型号额定功率
（kW）
额定风速
（m/s）
叶轮直径
（m）
叶轮转速
（r/min）
叶片
数
塔高
（m）
投运
年份
美国MOD—O 100 8 38 40 2 32 1975 美国MOD—OA 200 8.5 38 40 2 32 1977 美国MOD—1 2000 11.2 61 35 2 43 1979 美国MOD—2 2500 9 91.5 17.5 2 61 1981 美国MOD—5A 6200 122 2 76 1983 美国MOD—5B 7200 128 2 1983 美国MP1—200 200 12.5 24.4 30 3 24.4 1977 瑞典WTS—3 3000 14.2 78.2 25 2 80 1982 瑞典WTS—4 4000 16.2 78.2 30 2 80 1982 西德3000 11.8 100.4 18.5±15% 2 100 1983 加拿大224 13.4 24×37 40 2 1977 丹麦2000 14.8 54 42 2 53 1978 丹麦2×630 13 40 34 3 45 1979 丹麦265 13 28.3 42/28 3 28.7 1981 英国3700 22 60 34.1 2 45
荷兰300 13 25 80 2 28 1980 随着大型水电、火电机组的采用和电力系统的发展，1970年以前研制的中、大型风力发电机组因造价高和可靠性差而逐渐被淘汰，到二十世纪六十年代末相继都停止了运转。

这一阶段的试验研究表明，这些中、大型机组一般在技术上还是可行的，它为二十世纪七十年代后期的大发展奠定了基础。

1973年，国际上出现了石油危机，不少国家面临能源短缺的困境，为此提出了能源多样化发展战略，因而风能的研究和开发工作又重新得到了重视。

美国、荷兰、丹麦、英国、
德国、日本、苏联、加拿大等国都对大力开发风能制定了规划，制定了采取扶持资助的鼓励性政策和法规。

中国也开始重视风能的研究和开发。

表1.3列举了国际上1970年至1980年初投入运行的100kW以上的风力发电机组。

1980年以来，国际上风力发电机技术日益走向商业化。

主要机组容量有300kW、600kW、750kW、850kW、1MW、2MW。

1991年丹麦在Vindeby建成了世界上第一个海上风电场，由11台丹麦Bonus 450kW单机组成，总装机4.95MW。

随后荷兰、瑞典、英国相继建成了自己的海上风电场。

截止到2004年底，全球风力发电总装机为47000MW，离岸风力发电总装机为620MW。

世界各离岸风力发电厂及其主要技术参数如表1.4表示。

表1.4 世界各离岸风力发电厂及其主要技术参数一览表
Table1.4 List of offshore wind farms and it’s main parameter
名称国家年份涡轮机数量
(台)
离岸距离
(㎞)
水深
(m)
基础形式
Vindeby DK 1991 Bonus 450 11 1.5-3 2.5-5 caisson Lely NL 1994 Nedwind 500 4 0.8 4-5 monopiledriven Tuno Knob DK 1995 Vestas 500 10 6 3-5 caisson
Bockstigen SE 1998 Windworld 550 5 4 6 drilled monopile
Utgrunden SE 2000 Enron 1500 7 12 7-10 drilled monopile
Blyth UK 2000 Vestas V66 2 1 6 drilled monopile
Middelgrunden DK 2001 Bonus 2000 20 2-3 2-6 caisson
Stengrund SE 2002 Micon 2000 5 5 8 drilled monopile
Horns Rev DK 2003 Vestas 2000 80 14-20 6-14 drilled monopile Samso DK 2003 Bonus 2300 10 3.5 11-18 monopiledriven Nysted DK 2003 Bonus 2300 80 9 6-10 caisson Arklow Bank IR 2003 CE3600 7 7-12 5 monopiledriven North Hoyle UK 2003 Vestas 2000 30 7-8 12 monopiledriven Scroby Sands UK 2004 Vestas 2000 30 2.3 monopile
表 1.5 世界主要离岸风力发电设备生产商及其设备主要技术参数一览表Table.4 List of main offshore wind energy conversion producer in the world and it’s main pa rameter
生产厂商型号直径
(m)
确定功率
(MW)
特定功率
(W/m2)
塔顶重量
Tonnes
特定TTM
㎏/m2
Repower SM 126.5 5.0 398 350 32 Vestas V80 80 2.0 398 98 20 NEG-Micon NW110/4200 110 4.2 442 214 23 GE Windenergie CE 3.6 offshore 100 3.6 424 260 30 Pfleiderer/Prokon Multibrid
M5000
116 5.0 473 259 26
Bonus Bonus 2.3MW 82.4 2.3 431 135 24
Enercon E-112 114 4.5 441 500 51
目前，已经具备离岸风力发电设备商业生产能力的厂家，主要有丹麦的V estas（包括被其整合的NEG-Micon），美国的GE风能，德国的Nordex、Repower、Pfleiderer/Prokon、Bonus 和德国著名的Enercon公司。

如表4所示，单机额定功率覆盖范围从2MW、2.3MW、3.6MW、4.2MW、4.5MW到5MW。

叶轮直径从80m、82.4m、100m、110m、114m、116m到126.5m。

风力发电机大型化、巨型化趋势十分明显。

图 1.8 200W浓缩风能型风力发电机
图1.9 500W风力发电机组（商都牧机有限责任公司）
（内蒙古农业大学新能源技术研究所）
图 1.10 200/50kW风力发电机
（意大利Riva Calzoni公司）
图 1.11 110kW风力发电机（德国
Ventis 公司）
截止到2005年底，世界风电装机总容量为59322MW，同比上年增长25%。

2005年世界风电装机容量的前十位国家是德国、西班牙、美国、印度、丹麦、意大利、英国、中国、日本、荷兰[14，15]。

截止到2005年底，中国的风电装机总容量为126万kW，前十名的省份是新疆、内蒙古、广东、辽宁、宁夏、吉林、河北、山东、福建、黑龙江。

2005年2月28日，全国人大通过了《可再生能源法》，2006年1月1日开始施行。

2005年中国国内生产的600kW和
750kW的风力发电机组占当年装机容量的28%。

由科技部863项目支持的沈阳工业大学风能研究所自行研制开发的1.0MW双馈变速恒频型风力发电机组和金风科技股份有限公司与国外公司联合研发的1.2MW永磁直驱型风力发电机组第一台样机分别投入运行，经改进后的第二台样机也将在2006年投入使用。

由国内企业引进技术生产的1.5MW变速恒频风电机组也已投入运行。

国家发改委规划2020年我国风电装机容量达到3000万kW。

图 1.12 155kW风力发电机（丹麦Nordtank公司）
图1.13 2MW风力发电机（丹麦Vestas公司）。