国内外风能发电发展现状与最新进展

1、国内外风能发电发展现状与最新进展摘要:风电是风能利用的主流形式，在全球性能源危机的今天，风电正以可再生能源中技术最成熟、 成本降低最快的发电方式之一而走入世界各国。本文对风电技术的发展现状及其目前的发展趋势、技术前 沿等做了简明扼要地论述。关键词：风力发电；发展现状；技术前沿Abstract : Wind power generation is a major form of the use of wind energy resources . It is entering into many countries as one of the most mature and fastest co

2、st-reduction renewable energy technologies of power generation when energy crisis is becoming a global problem . This paper presents a brief introduction to the current situation , the development trends and frontier technologies of wind power generation technology.Key words : wind power generation

3、； development situation ； frontier technology1引言近些年来，随着经济的发展，世界范围内对能源需求持续增加，全球油价维持高位，天 然气价格不断攀升，化石燃料使用带来的环境问题日益突出。从20世纪70年代以来，各国政 府和国际组织都相继投入大量的资金用于新能源的开发，寻求一条经济的、可持续发展的道 路。在各类新能源中，风力发电技术相对成熟、最具大规模商业开发条件、成本相对较低， 具有巨大的优越性，受到各国的普遍重视，目前已经发展成为一个成熟的产业。2国外风能发电发展现状在电力新能源中，风电是发展速度最快的。近十年风力发电增长迅猛，全球风电的年平 均增长

4、率一直保持在29%左右。全截止到2007年底，全球风电装机总容量已超过94 000Mw， 当年新增装机容量20 076Mw，累计装机容量从2006年的74 141Mw增至94 123Mw，是1997年的 12倍。2008年全球范围内新增风电装机容量2 705万kW，使得全球风电装机容量达到1. 20 亿kW，较2007年增长28. 8%。从增量看，美国为全球第一，2007年新增装机容量为5 244Mw，占全球新增装机的26. 1%， 之后是西班牙（3 522Mw）、中国（3 449MW）、印度（1 730Mw）、德国（1 667Mw）和法国（888Mw）。 法国和中国等新兴风电市场正在发展装大

5、。在2007年欧洲的装机容量仍然是全球装机容量最 大的地区，装机容量占全球装机容量的61%，2007年欧洲风电增长19%，发电量大约为12 ，提供了欧洲3. 8%的电力。远远超过了其他地区，主要是因为该地区其他资源比较贫乏， 风力发电开发的比较早，技术比较成熟，并且没有污染；其次是北美地区，在2007年的装机 容量为19 406Mw，在这个地区主要是美国和加拿大风电的发展，近些年美国的风电发展比较 快，2007年风电新增装机容量5 244Mw，同比增长了1倍多，占全球发电装机新增容量的30% 左右。排名第三的是亚洲，2007年新增装机5 436Mw，累计装机总量达到16 000Mw，增长率 为

6、53%。在亚洲主要的风电利用地区是中国、印度和日本；其他地区风电的发展虽然也比较 快，但是风电的技术水平相对比较落后，风能的利用水平比较低，依次是太平洋地区、南美 和加勒比海地区、非洲与中东地区等。不过这些地区的风能资源比较丰富，有待进一步开发。根据主要风力发展国的规划，未来风电仍有很大的发展间。以欧洲为例，计划到2020 年实现可再生能源占总发电量的20%，其中风电达到12%；目前主要国家的风电覆盖率均处 于较低的水平，全球平均风电占总发电量的比例仅为1.19%，要实现12%的目标，还需要 增长近十倍。主要大国中风电发展较好的德国在2007年底风力发电占总发电量的4. 34%， 西班牙为7.

7、78%，属于欧洲较高水平；而美国的风电覆盖率仅有）.73% ；总体来看，风电 市场的增长相当迅速，主要增长市场将在美国、中国、印度以及欧洲部分国家。3国内风能发电发展现状中国幅员辽阔，陆疆总长2万多公里，海岸线1.8万多公里，风能资源丰富。根据资料 统计，经济可开发的陆地风能资源大约为253Gw，可利用的海洋风能资源经济可开发量大约 为750Gw。沿着东南沿海和附近的岛屿以及内蒙古、新疆、甘肃、青藏高原等地区都蕴藏着 丰富的风能资源。据统计中国风能的技术开发量可达3亿千瓦一6忆千瓦，而且中国风能资碌 分布集中有利于大规横的开发和利用。据考察中国的风能资源主要集中在两个带状地区。一 条是“三北（

8、东北、华北、西北）地区丰富带”即西北、华北和东北的草原和戈壁地带。另条 是“沿海及其岛屿地丰富带”即东部和东南沿海及岛屿地带。这些地区一般都映少煤炭普常 规能源并且在时间上冬春季风大、降雨量少，夏季风小、降雨量大衔风电正好能够弥补火电 的缺陷并与水电的枯水期和丰水期有较好的互补性。年平均风速6Ill/ s以上的内陆地区约 占全国总面积的l%，仅次于美国和俄罗斯，居世界第三位。但是我国风电作为一个产业来 说发展比较缓慢，近几年才有了较快的发展，初步具备了规模开发和建设大型风力发电厂的 能力。与世界先进水平相比，我国风电发展还有一定的差距。2000年以来，我国风电产业开始驶入发展的快车道，风电装机

9、容量一年一个台阶。到2003 年，中国共有40个风力发电站，发电量达到56. 7万千瓦，其中规模最大的是新疆的达坂城 发电站。“十五”期间，我国的并网风电得到迅速发展。全国风电装机总容量达到126万千 瓦，位居世界第10位，亚洲第三位，成为继欧洲、美国和印度之后发展风力发电的主要市场 之一。2005年，中国发电设备容量规模取得历史性突破，发电生产结构也进一步优化，其中 风电投产发电设备容量超过了100万千瓦。2005年中国除台湾省外新增风电机组592台，装机 容量50.3万kW。与2004年当年新增装机19. 8万kW相比，2005年当年新增装机增长率为254%。 2005年中国除台湾省外累计

10、风电机组l 864台，装机容量126. 6万kw，风电场62个。分布在 15个省（市、区、特别行政区）。与2004年累计装机76. 1万kw相比，2005年累计装机增长率 为65.5%。中国市场的发展靠其新能源法，2006年1月1日开始实施。2006年中国市场稳步发展，这 个发展势头将巩固并加速发展。中国2006年我国除台湾外增加风电机组l 454台，新增装机 134. 7万千瓦，比以前翻了一番还多，比2005年增加130. 53%，比过去20年发展累积的总 量还多，仅次于美国、德国、西班牙和印度。2007年中国风电装机为260.4万千瓦，是全世 界第6大市场。至2007年底，我国累计装机容量

11、605万千瓦，占全球总装机容量的6. 4%,排 名比2006年上升一位，排名世界第五位，当年实现风电装机容量344. 9万千瓦，在新增市场 份额中占17. 2%，排名世界第三位。2008年又新增风电装机容量630万kW，新增容量位列全 球第2，仅次于美国.截至2008年底总装机容量达到1215. 3万kW，同比增长106%，总装机 容量超过了印度，位列全球第4，同时跻身世界风电装机容量超千万千瓦的风电大国行列。据境计从2005年开始中国的风电总装机连续5年实现翻番截至2010年底中国以约4182 7 万千瓦的累积风电装机容量首次趣越美国位居世界第一较2009年同比大增62%。按照国家电 网此前

12、出具的研究报告.到2叭5年电网覆盖范围内可吸纳吼电上网的规横达1亿干瓦。到2020 年可达1 5亿千瓦。风电投资企业包括开发商与风电装机制造企业。从风电开发商的分布来看，更向能源投 资企业集中.2009年能源投资企业风电装机在已经建成的风电装机中的比例8高达90%其中 中央能源投资企业的比例超过了 80%五大电力集团超过了 50%。茸他国有投资商、外资和民 企比例的总和还不到10% .地方国有非能源企业、外企和民企大都退出.仅剩下中国风电、 天润等少数企业在“苦苦挣扎”.当年新增和累计在全国中的份额也很小。从风电装机制造 企业来看主要是国内风电整机企业为丰.2009年累计和新增的市场份额中，前

13、3名、前5名和 前10名的企业的市场占有卓分别达到了55 5%和59 7%、70 7%和7f4%以厦85 3%和 84 8%.受国际风电发展大型化趋势的驱使国内风电机组技术取得了不俗的成果。2005年.中国 风电场新安装的Mw级风电机组(N1Mw)仅占当年新增装机容量的21 5%。随着国内企业Mw级 风电机组产量的增加20。7年Mw级风电机组的装机容量占到当年新增市场的51%2008年占到 72 8%. 2009年占到86 8%。2009年中国在多Mw级(N2Mwl风电机组研制方面取得新的成果 如盘风科技投份有限公司研制的2 5Mw和3Mw的风电机组已在风电场投入试运行：华锐触电科 技股份有限

14、公司研制的3Mw海上风电机组已在东海大桥海上风电场并网发电：由冼阳工业大 学研制的3Mw电机组也已经战功下线。此外.中国华锐、金风、东汽、海装、湘电等企业 已开始研制单机容量为5Mw的风电机组。中国开始全面迈进多Mw级风电机组研制的领域。2010 年国际上公认中国很难建成自主化的海上风电项目然而华锐风电科技集团中标的上海东海 大挤项目.用完全中国自主的技术和产品用两年的日时间实现了装机并于2叭0年成功投产运 营令世界风电行业震惊。目前风电并网主要存在两大问题风电异地发电机组技术对电网安全稳定产生影响、风的 波动性使风电场的输出功率的被动性难以对风电场制定和实施准确的发电计划。它们使得风 电发展

15、受到严重影响.对于这种电力上网“不给力”的现况国家和电网企业都在积极努力地 解决汗风电基地电力外送问题除东北的风电基地全部由东北电网消纳和江苏沿缚等近海和 海上风电基地主要是就地消纳之外其余备大风电基地就近消费一部分电力和电量之外的电 力外送的基本考虑是河北风电基地和蒙西风电基地近期主要送人华北电网：2020年前后需要 山东电网接纳部分电力和电量.蒙东风电基地近期送人东北电阿和华北电网甘肃酒盅风 电基地和新疆啥密风电基地近期送人西北网.远期送人华中网。4风能发电最新进展意大利科学家对一种新型的风筝风力发电机寄予厚望，它看上去就像一个不起眼的晾衣 架，却具有成本低，发电量大的优点，其发电能力有可

16、能与传统核电站相媲比。美专利商标局公布了风力发电机结构方面的重要发明专利：“一个共轴多叶轮的风力发 电机”；英国Quietrevolution公司研制出了垂直型民用风力发电机QR5，适用于风速低、 风向变化频繁的地区。我国广州中科恒源能源科技有限公司自主研制的全永磁悬浮风力发电机顺利实现了产 业化，使得微风发电成为可能。美麻省理工大学研究人员最新设计出一种新型风力涡轮机，可固定在离海岸较远的漂浮 平台上，使得海上漂浮风车发电成为可能。澳大利亚悉尼工学院的布赖恩罗伯茨教授提出了一种利用高空射流发电的大胆想法，此 飞行发电机(FEG)能够象超级大风筝一样悬浮在450013700m的高空射流中(一种

17、围绕着地 球的速度极快的气流)，最高时速达320km / h的射流将会带动FEG上的转轴，从而产生电流。 罗伯茨说：“我们已经完成了所有的设计，包括尺寸、重量和成本，我们现在唯一缺的就是 建造原型机的400万美元的经费。”国内外关于风力发电系统低电压运行研究也有了最新进展。在1.5MW及以上级别的风电 机组中，目前多数厂家采用双馈感应发电机(DFIG)配合变速变桨设计。双馈感应发电机在变 速恒频风力发电中得到了广泛的应用，其主要优点是只有部分功率流过励磁变流器，有功和 无功可以单独调节。然而，正是由于变流器容量较小，使得它对电网故障非常敏感，需要采 取可靠的保护措施，以防止变流器中功率器件的损

18、坏。由于DFIG定子直接并网，电网波动 将直接引起定子电流的变化。当电网电压骤降时，DFIG发出的功率不能及时送出，导致定 子侧产生很大的故障电流。由于定、转子之间的强耦合，故障电流立即被传递到转子侧；又 因为电压跌落导致电磁转矩变小，运行滑差增大，使馈入转子的功率增加，进一步引起转子 回路的过压和过流。而且，大电流会导致电机铁芯饱和、电抗减小，实际转子电流还要进一 步增大。转子能量流经转子侧变流器之后，一部分被电网侧变流器传递到电网，剩余能量给 直流母线电容充电，导致母线电压的快速升高。如果不能及时采取保护措施，定、转子绕组 仅靠其自身电阻和漏抗不足以抑制浪涌电流，过大的电流和电压将导致励磁

19、变流器、定转子 绕组以及母线电容的损坏。新的系统运行导则要求在电网电压跌落时交流励磁风电机组仍具有不间断运行能力。在 故障期间，发电机和电网仍旧继续保持连接，故障切除后，发电机迅速恢复正常运行，为系 统提供必要的有功和无功功率支持，减少电压崩溃的危险，提高系统的稳定性GE、ALSTOM 等大公司积极采取了相应措施来提高DFIG系统的低电压穿越能力GE风能集团研发了一种 先进风力发电机闭环技术风电无功控制“Windvar”技术。具有Windvar功能的风力发电机与传统的发电机一样，其电压可以通过本身的电力电子设备进行连续控制和调整，能在 电网需要时，瞬间完成向电网提供无功，调节系统电压，稳定脆弱

20、电网等功能，但其核心技 术细节受专利保护。ALSTOM公司的应对措施则是：在电网电压跌落时，断开定子侧开关， 转子侧投入Crowbar，仅使网侧变流器与电网连接，电网恢复正常后重新进行同步并网运行。 这样，可以有效减小电网故障期间网侧电流，在电压恢复时，保持低的机械应力，电网一旦 恢复正常便以最快的可能恢复正常运行。国内知名高校，如：清华大学、浙江大学、沈阳工 业大学、西安交通大学、电力科学研究院、华北电力大学、天津大学、北京交通大学、东北 电力大学、重庆大学等等均对此展开了研究，取得了一系列喜人的成果。尽管目前双馈型风力发电系统仍占主流，然而直驱型风力发电机组以其固有的优势也开 始逐渐受到关

21、注。直驱型风力发电系统是一种新型的风力发电系统，它采用风轮直接驱动多 极低速永磁同步发电机发电，然后通过功率变换电路将电能进行转换后并入电网，省去了传 统双馈式风力发电系统中的我国难以自主生产且故障率较高的齿轮箱这一部件，系统效率大 为提高，有效地抑制了噪声。无齿轮箱的直驱方式能有效地减少由于齿轮箱问题而造成的机 组故障，可有效提高系统的运行可靠性和寿命，大大减少了维护成本，得到了市场青睐。2006 年，ENERCON公司生产的直驱式风电机组在德国市场销售量第一。伴随着直驱式风电系统的 出现，全功率变流技术得到了发展和应用。应用全功率变流的并网技术，使风轮和发电机的 调速范围扩展到0至150%

22、的额定转速，提高了风能的利用范围。我国新疆金风公司与国外 合作已成功研制1.2-1.5MW直驱型风力发电机组并成功实现并网运行。丹麦的BOUNS （现已 被西门子收购）公司选择了无刷感应发电机配备全功率变流器。GE风能公司也在其最新的 2.X系列中（2.3，2.5，2.7MW） 已经把双馈发电机换成了带全功率变流的同步发电机，GE 风电系统的逐步转型是为了适应新的“电网故障穿越”规则。与带全功率变流器的同步发电 机风电系统相比，双馈感应系统有更多的电网问题：在电网故障情况下，系统出现大的峰值 涌流。有关专家表示这些问题可以得到解决，但是困难与挑战较大。永磁同步发电机构成的直驱式变速恒频风电系统

23、已被证实在低电压穿越特性方面拥有 出色的性能。同时电网也要求风电系统能像传统火力发电一样，可以方便的控制输出功率因 数，并且能够在电网故障如电压跌落等情况下，快速向电网提供无功，调节系统电压。因此 需要对直驱式永磁同步电机电机的低电压穿越特性和无功补偿能力进行分析和研究。国内外 学者对双馈电机的低电压穿越特性进行了深入的研究，但是有关直驱永磁风力发电机的低电 压穿越特性方面的正式文献报道还是比较少见的。总之，虽说我国目前还没有出台类似于德国E.ON标准的风力发电系统运行规范。但是 随着风力发电占我国电力能源比例的不断增大，可以预期我国也会在不久的将来制订我国的 风力发电运行标准。其中也必将会包

24、含关于风力发电系统低电压穿越能力的规定，因此展开 对于基于全功率变流器的永磁同步风力发电系统低电压穿越能力的研究具有一定的前瞻性 和实际意义。随着直驱系统的低电压穿越特性这一前瞻课题的深入开展，可为今后各种功率 等级的风力机组以及海上风力机组的大力推广，大规模风电机组并入电网建立好理论基础和 技术储备，对我国风电行业相关标准的制定具备一定的借鉴作用。5结论风电已经成为一种最具有发展潜力的电力新能源，全世界已有六十多个国家致力于发展 风电新能源。全球风能理事会的最新报告预测，至02012年，全球风电市场将增长155%，总 装机容量将达到240.3Gw，这个数据超过了全球风能理事会以往的预测值。许

25、多学者预计到 2012年，亚洲将取代欧洲成为最大的风电区域市场。而中国能源需求巨大，同时稳固的工业 基础和充足的人力资源为中国的风电开发提供了保障，必将成为未来 全球风电市场的中心。近几年，为满足经济高速增长对电力供应的需求，我国的国家发展和改革委员会制定了 中长期能源战略规划，力争使到2020年，风电装机容量达到3 000万Kw将替代2 200万吨标准 煤，同时使我国的风电设计、制造和管理技术达到国际先进水平。同时国家陆续出台各项可 再生能源法及具体实施办法，为风电等电力新能源提供良好的政策保障。因此发展风电已经 是不可逆转的潮流，投资风电产业的企业目前应做的就是坚定信心，立足长运，充分研究

26、， 精心策划，积蓄力量准备迎接风电发展的高潮到来。参考文献李志梅，赵东标.风电技术现状及发展趋势.电气技术2007,(6)程明，张运乾.张建忠风力发电机发展现状及研究进展.电力科学与技术学报2009,(9)迟远英，张少杰，李京文.国内外风电发展现状.生产力研究2008段盛兰，张慧慧.中国风电发展现状与潜力分析中国集体经济.2011,(10)王承煦.风力发电实用技术T.北京：金盾出版社，1995.叶杭冶.风力发电机组的控制技术T.北京：机械工业出版社，2006.张方军.风力发电技术及其发展方向.电气时代，2005，(1 1).宋础，刘汉中.海上风力发电场开发现状及发展趋势.太阳能，2006，(2

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