風電機組及控制系統1內容基礎導論E-WT風力發電機組控制風光互補發電系統控制2基礎導論●歷史、現狀與發展趨勢●風力機的基本理論●風力發電機組控制系統3風力機發展簡史4

風能，是人類最早使用的能源之一。最初的古代風力機是一種簡單的垂直軸風力機，公元644年波斯人制造了立軸式磨面用風力機，圖1為古代風力機。圖１古代風力機古代風力機5以后又發展了一種水平軸風力機，它的風輪具有十根梁，其間用張線固定，每根梁上有一塊小帆布。至今在江蘇一帶還可見到竹木帆布結構的風力機。這種風力機在農田灌溉和鹽池提水方面仍起到重要作用。6中世紀風力機到公元11世紀，在中東古代風力機應用很廣泛。到13世紀，這種風力機傳到了歐洲。到14世紀，荷蘭率先改進了古代風力機，并廣泛利用這種改進后的風力機為萊茵河三角洲的沼澤地和湖泊抽水。中國宋朝是風力機的全盛時期，當時流行著垂直軸天津風車。7在16世紀，荷蘭先后建造了當時的第一個制油廠、第一個造紙廠以及鋸木廠，這些都是利用風力機作動力的。1745年荷蘭人發明了旋轉機頭并獲專利，應用在荷蘭風力磨坊。到19世紀中葉，在荷蘭有9000臺傳統風力機在運行，圖2為中世紀傳統風力機。8圖2中世紀傳統風力機

910在產業革命期間，由于蒸汽機的出現，荷蘭的風力機利用開始走下坡路。到20世紀，荷蘭只有2500臺風力機在運行。到1960年，仍在運行的風力機不到1000臺。美國中西部的多葉式風力提水機，在十八世紀末曾多達數百萬臺。11歐洲(特別是荷蘭和比利時)使用的荷蘭式風力機。現有900臺左右，一部分作為游覽用在運行，大型的有直徑超過20米的機組。12葉片由金屬做成、風輪直徑3－5m、功率500－1000W，

13近現代風力機在19世紀末，丹麥擁有3千臺工業用的風力機和3萬臺用于家庭和農場的風力機。1890年丹麥的皮·拉庫爾研制成功了風力發電機，1908年丹麥已建成幾百個小型風力發電站。自20世紀初至60年代末，一些國家對風能資源的開發，尚處于小規模的利用階段。14從20世紀50年代到60年代，中國研制了十幾種風力發電機，最大的已超過30千瓦。從60年代開始研制的小型風力提水機，有30種不同型號，對我國開發利用風能起到了積極作用。15200W濃縮風能型風力發電機16500W風力發電機組17國名額定功率kW額定風速m/s葉輪直徑m葉輪轉速r/min葉片數塔高m投運年份蘇聯10010.530303301931美國125013.553.326233.51941-1945英國10015.2515.31303

1954英國10013.524.495.42301955丹麥2001524303241957表1國際上1970年以前研制的100kW級及以上的風力發電機組18國名額定功率kW額定風速m/s葉輪直徑m葉輪轉速r/min葉片數塔高m投運年份西德100834422241957-1968法國13212.521.2563

1958法國80016.730.247.3332.31958-1962英國10018.515.275310.71959法國10001735

3

1963表1國際上1970年以前研制的100kW級及以上的風力發電機組19隨著大型水電、火電機組的采用和電力系統的發展，1970年以前研制的中、大型風力發電機組因造價高和可靠性差而逐漸被淘汰，到20世紀60年代末相繼都停止了運轉。但是，這一階段的試驗研究表明，這些中、大型機組一般在技術上還是可行的，它為20世紀70年代后期的風電技術大發展奠定了基礎。201973年，國際上出現了石油危機，不少國家面臨能源短缺的困境，為此提出了能源多樣化發展戰略，因而風能的研究和開發工作又重新得到了重視。美國、荷蘭、丹麥、英國、德國、日本、蘇聯、加拿大等國都對大力開發風能制定了規劃，制定了采取扶持資助的鼓勵性政策和法規。中國也開始重視風能的研究和開發。211980年以來，國際上風力發電機技術日益走向商業化。主要機組容量有300kW、600kW、750kW、850kW、1MW、2MW。1991年丹麥在Vindeby建成了世界上第一個海上風電場，由11臺丹麥Bonus450kW單機組成，總裝機4.95MW。22隨后荷蘭、瑞典、英國相繼建成了自己的海上風電場。截止到2004年底，全球風力發電總裝機為47000MW，離岸風力發電總裝機為620MW,占總裝機到了13.2%。23目前，已經具備離岸風力發電設備商業生產能力的廠家，主要有丹麥的Vestas（包括被其整合的NEG-Micon），美國的GE風能，德國的Nordex、Repower、Pfleiderer/Prokon和德國著名的Enercon公司。風力發電機大型化、巨型化趨勢十分明顯。24200/50kW風力發電機（意大利RivaCalzoni公司）110kW風力發電機（德國Ventis公司）25兆瓦級風電機組的研究與開發現在世界上風電機組在兆瓦級技術上早已形成主流，如美國為1.5MW，丹麥為2.0－3.0MW。另外，4.5MW風電機組也已經在2004年漢諾威世博會上亮相，目前Repower的風機型號是最大的，其5MW風機風輪直徑達126m。26Enercon在德國安裝了第五代樣機為4.5MW，風輪直徑達112m。已經有3種超過3MW的風機投入商業化，新一代兆瓦級風機的樣機已經進入測試階段(4.5MW-5MW)。272MW風力發電機組（丹麥Vestas公司）28。

德國Enercon公司首臺E-126/6MW風力發電機樣機于2007年11月在德國的埃姆登安裝完成。

29。德國Repower公司研制的5MW的風電機組也已經在試驗成功，目前已經在愛爾蘭海上安裝運行30Multibrid半直驅型（混合型）5MW機組也已試運行31。海上風電場發展32丹麥哥本哈根海上風電場33ＲＥＰＯＷＥＲ公司34美國加州風電場35國內風力發電發展現狀自1986年建設山東榮成第一個示范風電場至今，經過近22年的努力，風電場裝機規模不斷擴大。截止2007年底，全國已建成158個風電場，累計安裝風電機組6469臺，裝機規模已達5,906MW（590萬kW）。2007年當年新增容量3,304MW（330萬kW）中，內資企業生產的風電機組所占市場份額已達56%，首次超過了外資。但是累計容量內資企業占45%。361995年新疆建成了國內第一座兆瓦級風電場。浙江運達風力發電工程有限公司與丹麥BONUS公司合作生產120kW風力發電機，獨立開發200kW、250kW風力發電機，國產化率達90%以上，擁有完全自主知識產權；1999年西安維德風電設備有限公司與德國公司組建合資公司組裝了600kW大型風力發電機組，并已經安裝在遼寧營口風電場并網發電運行；浙江華儀風能開發有限公司與金風科技公司合作進行大型風力發電機組整機制造，已具有成熟的600kW風力發電機組制造技術。當時市場上的主導產品已發展到600kW機組。37進入21世紀以后，風力發電技術進入快發展期，通過與國外公司合作，750kW機組的商品化開發和兆瓦級機組的相關技術正在進行攻關和實驗研究，沈陽工業大學風能技術研究所一直致力于開發具有自主知識產權的大型風力發電機組，于2005年開發成功1MW機組，7月投入試運行，并合資成功開發具有自主知識產權的1.5MW風力發電機組；38上海電氣風電設備有限公司與德國Aerodyn公司聯合設計具有自主知識產權的2MW風力發電機組；哈爾濱哈飛威達風電設備有限公司和芬蘭Winwind公司合資，生產1MW和3MW變槳變速并網型風力發電組；東方汽輪機廠與德國REpower公司合作進行1.5兆瓦MD70和MD77型風力發電機組整機設計。同時，在“十五”期間，中國的風電場和并網風電得到迅速發展，如：內蒙古、新疆、遼寧、寧夏、上海等地風電場和風電設備的發展。其中內蒙古赤峰大唐、輝騰錫勒風電場發展成為規模最大風電場。392007新增裝機容量：內資企業占56%,首次超過外資企業402007累計裝機容量：內資企業占45%41

從收集到的47個2006年底前建成的風電場，2007年的上網電量數據，初步推算出12個省的平均年等效滿負荷小時數。統計中的風電場多采用進口的成熟機組，上網電量主要受風能資源的影響。422007年部分省區

風電場上網電量（小時數）和單機容量平均值

省區省場數等效滿負荷小時數容量系數單機（kW）裝機（萬kW）河北423730.278858.8內蒙719330.2277039.0遼寧913250.1571521.7吉林419310.2279817.8上海216510.1913562.4浙江113440.156092.13福建520000.239868.9山東317280.208816.5廣東616000.1856620.7海南114170.164830.87甘肅217370.2078612.7新疆424010.2765416.7

12個省4717870.2079115843我國兆瓦級風電機組歷年裝機容量統計國內兆瓦級風電機組的研究與開發44國產化兆瓦級風電機組

歷年裝機容量統計45序號企業名稱兆瓦級風電機組裝機容量（MW）1華銳679.52東汽222.03金風74.44上海電氣22.55常牽新譽9.06湘電8.07華創3.08海裝2.09南車時代1.6510明陽1.511惠德1.02007年內資制造商兆瓦級風電機組裝機容量46華銳1.5MW風電機組東汽1.5MW風電機組上海電氣1.25MW風電機組國內兆瓦級風電機組47國內兆瓦級風電機組南車時代1.65MW風電機組海裝2MW風電機組48國內兆瓦級風電機組惠德1.0MW風電機組明陽1.5MW風電機組49金風6