南京工业大学风力发电原理 第一章

三、我国风电发电史
我国在20世纪50年代开始风力发电机的研制。目前大功率风 力发电机组还依靠进口，自主研发道路还十分漫长，一些领 域与国外先进水平差距甚至在拉大。 与国际水平相比，我国风力发电机的单机容量较小，关键部 件需要进口，整机质量还有差距。 我国在海上发电的资源勘察、设备制造、施工安装工艺和运 行管理方面还比较落后。
广东省南澳岛风电场 是我国第一个海岛风 电场。南澳岛是广东 唯一一个岛县，东南 季风长，风力资源丰 富，风况属世界最佳 之列。到2005年底， 装机容量达到5.6万 kW，是亚洲最大的 海岛风电场。
三、我国风电发电史
2007年6月，我国最大的风 电场是内蒙古的辉腾锡勒风 电场，总装机容量189MW， 为第29界奥运会输送绿色电 力。同时还有两个风电项目 在建，到2010年将建成百万 千瓦级的风电场。
三、我国风电发电史
4、 我国风电产业政策
《可再生能源法》
2006的《可再生能源法》允许多种投资主体进入可再生能源 领域，并且要求电网公司全额收购新能源发电量，从法律上为 以风电为代表的新能源快速发展提供了法律和政策保障。
国产化率指标
国家发改委公布的《关于风电建设管理有关要求的通知》强 调风电设备国产化率要达到70%以上
特许权招标制度
该方式不但规定由风电上网电价最低的投标商中标，而且 要求投标商绑定设备制造商进行投标，为设备国产化率提供了 实施性保障
三、我国风电发电史
电价分摊
《可再生能源发电价格与费用分摊管理试行办法》规定了可 再生能源电价分摊的实行办法
《国务院关于加快振兴装备业的若干意见》
提出大力发展大功率风力发电机等新能源装备，将大型清洁 高效发电装备列为国家重点发展的16个重大技术专项之一
西藏 沿海
三、我国风电发电史
我国主要风能资源分布：
三北(东北、华北、西北)地区
占全国陆上的79%，风能功率密度在200～300W/m2, 有的可达 500W/m2,每年可利用风能的小时数在5000小时以上，有的可达7000 小时以上。如阿拉山口、达坂城、辉腾锡勒、锡林浩特的灰腾梁等。 从新疆到东北,面积大、交通方便、地势平,风速随高度增加很快。
三、我国风电发电史
“九五”期间，并网型风电机组得到快速发展。 定桨距失速型200kW、250kW、 300kW 、600kW风电机组；
变桨距双速型600 kW风电机组；
中国一拖和西班牙Made合资建立一拖美德风电设备公司，生产 660kW风电机组；
中国西航和德国Nordex合作建立西安维德风电设备公司，生产
我国现代风电技术开发利用始于70年代，从仿制国外机组到自行 设计，主要是牧区的2kw小型风电机组。 80年代，我国研制200kw风电机组，并进入风电场建设起步 阶段，主要通过国外进口机组。
2007年，我国风电进入高速发展期。
二、世界风能发电史
20世纪末，由于能源危急和全球环境保护的影响，欧洲、美 国及亚洲的印度、中国风力发电出现强劲势头，其中丹麦的 风电量已经超过了总发电量的20%。 自1990 年以来, 风力发电一直是世界上增长最快的可再生新 能源。从1996 年起，全球累计风电装机连续11年增速超过20 ％，平均增速达到28.35％。 2008年虽然经历了历史罕见的金融危机，但风电依然成为最 具吸引力的发电投资，已经成为各个国家替代能源的首选。
风力发电原理
机械与动力工程学院 谭剑锋
课
程：风力发电原理
参考教材：《风力发电原理》
谭剑锋, JianfengTan@NJUT.edu.cn 机械与动力工程学院B楼611 课程成绩： 平时：15% 作业：15% 考试：70% 基础课程：《机械设计基础》 《理论力学》 《空气动力学》
本课程内容
第一章：风力发电史
600kW风电机组。
三、我国风电发电史
“十五”期间，国家提出研制“兆瓦级风电机组”的攻关目 标：
1.3MW 定桨距失速型风电机组 1MW 双馈型变速恒频风电机组 1.2MW 直驱型变速恒频风电机组
三、我国风电发电史
风力发电机组经过二十余年的发展，容量从十千瓦级增大到 兆瓦级，从90年代定桨距失速型风电机组为主导机型，向变 速变距型风电机组为主流机型的方向发展，变速恒频的风力 发电技术已经成了风力发电的大势所趋。 兆瓦级机组的市场份额1997年及以前还不Leabharlann Baidu10%，2001年则 超过一半，2002年达到62.1%。 风电装机容量约以平均每年增幅30%的速度在增长，成为增 长速度最快的清洁能源。
第二章：风能及转换原理
第三章：风力发电机组的结构 第四章：风力发电机 第五章：风力发电机控制及安全
第六章：垂直轴风力发电机 第七章：离网风力发电系统
第一章 风力发电史
需要掌握：
风力发电史 世界风电发展情况
我国风能资源分布
风力发电机分类 风力发电机行业标准
一、风力发电史
能源问题与人类文明的演进息息相关，
三、我国风电发电史
1、我国风能发电史
我国的风电自2003年进入高速发展时期。 从2005年开始，中国的风电总装机连续5年实现翻番。2009年， 中国以2580万千瓦的总累计装机容量超过德国，成为世界第二， 但与排名第一的美国仍有近1000万千瓦的差距。 截至2010年底，中国全年风力发电新增装机达1600万千瓦，累 计装机容量达到4182.7万千瓦，首次超过美国，跃居世界第一。 日本核电危机后，我国核电政策偏紧 ，水电的规划目标已经 被充分挖掘，风电和光伏是最有可能弥补核电缺位的清洁能源， 风电与光伏将“临危受命”，得到更大的发展空间。
人类社会的主要能源：煤、石油、天然气 不可再生 化石能源 化石能源燃烧发电带来温室效应及污染物排放， 加剧能源危机和全球环境日趋恶化
能源发电领域，我国以火力发电与水力发电为主， 占总发电量的90%以上，3/4来至于煤炭
2010年我国发电装机 结构
一、风力发电史
2010年我国年用电总量：41923亿kw.h， 经济可开发利用的 风电资源为10亿kw.h，可满足目前50%左右电力需求，包括 其他新型能源：潮汐、地热、生物质能等 可再生能源：风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海 洋能等非石化能源 2005前，我国风力发电主要用于远离电网的离散用户，如牧区、 海岛、边防哨所
三、我国风电发电史
3、我国风力发电工业的现状
中国现代风电技术的开发利用始于20世纪70年代， 0.1～15kW离网型风力发电机组开始试验、示范、应用 推广。
“六五”、“七五”、“八五”期间，国家和地方政 府把22kW、30kW、55 kW、75kW、120kW、200kW 风电机组列入重点科技攻关项目，但由于诸多原因，都 未商业化运行。 规模化的风力发电 场80年代后期投入运行。
东部沿海及岛屿
主要位于沿海几十公里的大陆海岸和海道，风能功率密度在200W/m2， 小时数在7000小时，地势平坦，主要依靠火力发电，是电力负荷中心， 风能资源稳定，海道煤和石油依靠大陆，电力联网困难，发展发电迫 在眉睫。
青藏高原北部
风能功率密度在150W/m2，小时数在6500小时，风能密度低。
二、世界风能发电史
全球风电累计装机容量
二、世界风能发电史
风力发电快速增长的原因在于两个方面：一是经济发展对电 力需求的快速增长和可持续发展的要求；二是风力发电技术 的不断进步，促进了发电价格不断降低。 风电价格不断降低的同时，化石燃料的价格呈总体上升趋势， 加之环保和二氧化碳减排的要求。 因此风力发电将称为21世纪重要的能源形式之一。
2006年国家《可再生能源法》颁布将可再生能源开发利用技 术列为高技术发展的优先领域。
《可再生能源中长期发展规划》预计2020年中国风电机组 装机容量将达到3000万kw
一、风力发电史
1、风力发电历史
人类对风能的利用历史久远，最早利用形式是“风帆行舟”
早在公元10世纪，波斯就出现了水平转动的风磨，主要用于推磨。 公元12世纪，欧洲开始使用风车抽水、碾磨谷物。
一、风力发电史
1931年法国人Darrieus发明了升力型垂直轴风电 机组，称为“Darrieus机组” 美国工程师Putnam首先提出并网风电设想，制 造风电发展历史上第一个1250kw超大型风力发 电机组，（H=32.6m, D=53.3m, m=8T） 德国人Huetter于1942年提出 “叶素动量理论”，丹麦人 Juul于1957年建造了一台 200kw风电机组，并实现并 网发电。三片固定叶片，异 步发电机、定速，丹麦概念 风电机组。
三、我国风电发电史
上网瓶颈是风电发展的最大障碍，也是急需解决的问题， 我国电网“十二五”期间风电并网目标是9000万千瓦。
“十二五”将加快海上风电投资，预计2020年海上风电装机 容量将超过3200万千瓦。
《中国风电发展报告2010》预测：2020年，中国风电累计装 机可以达到2.3亿千瓦，相当于13个三峡电站；总发电量可以达 到4649亿千瓦时，相当于取代200个火电厂。 根据《新兴能源产业发展规划》，预计到2020年，中国新能源 发电装机2.9亿千瓦，约占总装机的17％。其中，核电装机将达 到7000万千瓦，风电装机接近1.5亿千瓦，太阳能发电装机将 达到2000万千瓦（即20GW），生物质能发电装机将达到3000 万千瓦。
截至2006年底， 我国除台湾外 累计安装风电 机组3311台，
装机容量
259.9万kW,共 建设91个风电 场，分布在16 个省。
三、我国风电发电史
新疆达坂城是我国最早建设规模化风电场的地区，于1989
年建成的达坂城风电一场是我国第一个风能发电场，所有
设备全部从丹麦引进。
三、我国风电发电史
二、世界风能发电史
2008年和2009年全球年装机容量分别增加42%和35%。 2010年底，全球风电总装机容量达199,520兆瓦，发电量超过 4099亿千瓦时，占世界电力总发电量的1.92%。 2010年美国风电装机新增下滑最厉害，欧洲保持平稳增长。 中国、印度等新兴市场显示出强大的生命力。 经过2010年的转折，中国以18,928兆瓦的新增装机容量稳居 第一位，并且创造了单个国家年度新增装机容量的世界纪录； 美国以5,115兆瓦的新增装机容量位列第二；第三名是印度， 新增装机容量2,139兆瓦。在欧洲，德国、英国和西班牙成为 排名前三的欧洲国家，每个国家的新增装机容量大约是1,500 兆瓦。
一、风力发电史
化石能源提供廉价的电力，风力发电存在间歇、成本高等缺陷而逐 渐衰落。 1973年石油危机，西方各国政府通过政策优惠和项目资助促进风电 技术发展，美国、德国、英国、加拿大等进行了Mkw级风电机组 研究。 90年代，环境污染和气候变化促使风电更加重视，并进入商业规 模并网发电。风力发电的装机容量开始以每年平均20%以上的速 度增长，已成为世界上各种能源中增长最快的一种。2007年底， 全球风力发电总装机容量达到94005MW，比2006年增加了27%， 风力发电的总量已占全球电力消费总量的1%以上。
三、我国风电发电史
我国的风电装机情况
三、我国风电发电史
2、风能资源分布
风能资源的大小取决于风能密度和可利用的风能累积小 时数 风能密度是单位迎风面积可获得的风功率，与风速三次方 和空气密度成正比 我国可开发量约为7~12亿kW, 陆地6~10亿kW,海上约1~2 亿kW.
新疆、内蒙古、黑龙江
风力机械是蒸汽机出现前的主要动力之一。
我国开始利用风能作为动力大约在13世纪中叶。
一、风力发电史
现在所说的风能利用主要是指风力发电。 1887年，美国人Brush研制世界第一台12kw直流风力发电机， 主要用于蓄电池充电。 1891丹麦物理学家Poul La Cour通过风洞试验，提 出“快速风轮”概念，建造了具有现代意义的风 力发电机组，用于照明。 1926年德国科学家Betz对风 轮空气动力学进行研究，提 出了著名的“Betz理论”， 指出风能的最大利用率为 59.3%。