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 410kw ，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 410kw ，预计到2010年，风力发电总装机容量将达到630x 410kw ，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 410kw ，1996年新装机约950座，装机容量为48x 410kw ，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 410kw ，1997年估计可增加5x 410kw ，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 410kw ，西部5x 410kw 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 410kw ，斯雷苏比克一霍尔斯泰因州议会决定到2010年建设120x 4

10kw 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 410kw ，该公司也得到IPP(独立系统发电业者)大力协助，预定进行198x 410kw 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 410kw ，发电总量达到634x 610w ，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 410kw ，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1500610⨯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⨯410kw ，但计划没达到预定目标，只达到4.9x 410kw ，318座，发电总量5.5x 410kw ·h ，其后决定实施1991一1996年目标为40x 410kw 的TWI 五年计划。计划目标是1994年末风力发电能力达到14.4x 410kw ，629座，发电量为24.7x 410kw.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 410kw ，2000年为50x 410kw 。

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 410kw ，2000年达到80x 410kw 。

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 410kw 。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。