风力发电发展史

风力发电发展史发电部目录CONTENTS风电发展史01风电行业现状及发展趋势02一场10级大风可以拔起树木，摧毁建筑物；一场12级飓风可以让波浪滔天。风，也许是世界上最无形又最具潜能的力量；是地球上取之不尽的能源。它蕴量巨大，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。很早以前，人们就利用风车来抽水、磨面。在今天，风电作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，不管是在荒无人烟的草原、戈壁，还是环境恶劣的岛屿、海面，都能看到白色的风力发电机擎天而立，迎风飞旋。风力发电是风能利用的主要形式，也是目前可再生能源中技术最成熟、最具有规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。1CHAPTER风电发展史一、风电发展史1、风力机的起源公元前2000多年，中国和波斯国就开始利用风车，当时主要用于碾米和提水。公元前7世纪在西亚，建造了第一批风车。它们不像我们现在看到见到的风车，而是竖式轴的，轴垂直排列着翼。古代波斯和中国的垂直轴风机示意图阿富汗风机遗迹1、风力机的起源12世纪以后，风车在欧洲发展迅速。他们利用风能来提水、取暖、制冷、航运、发电等。第一台水平轴式风力机出现在十二世纪。风力磨坊一般有四只转动的叶片，1759年荷兰风力磨坊的效率提高到0.28。后来在荷兰，通过增加旋转机头，改善对风装置，与旋转平面成90°安装的侧轮能够自动进行风向跟踪。棚架式风磨多叶片风力机一、风电发展史荷兰风磨在农场用来给牲畜和居民提水的风力机用来给无电地区农牧民供电的小型风力发电机风光互补的路灯一、风电发展史世界风力发电协会及研究机构有:WWEA

——世界风能协会Riose——丹麦里索国家实验室最初是为风机鉴定而成立的，源于20世纪60年代丹麦政府支持的风电项目。NREL——美国可再生能源实验室ECN——荷兰能源研究中心AWEA——美国风能协会EWEA——欧洲风能协会BWEA——英国风能协会CWEA——中国风能协会一、风电发展史2、风力发电“初”体验1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象并发明了圆盘发电机。短短一年后，法国人毕克西发明了世界第一台手摇式直流发电机。紧接着，德国工程师西门子完成了具有应用价值的发电机。随后，实际可用的发电机正式问世，人类正式跨入电气时代。此时，风能到电能的转化只差临门一脚，而风力机和发电机之间的传动轴迟迟未被安装。一、风电发展史2、风力发电“初”体验1887年，苏格兰学者JamesBlyth在他的度假别墅里，建成了第一台风力发电机，用于蓄电池充电和别墅照明。一、风电发展史2、风力发电“初”体验1888年，美国人CharlesF.Brush（查尔斯·布鲁斯）基于农场提水风力机概念，在自家后院建造了一台风力发电机，给蓄电池充电以解决自家日常用电需求。现代人认为这是第一台自动运行的风力发电机。它是个庞然大物——叶轮直径是17米，有144个由雪松木制成的叶片。难以置信的是，这台风力机异常长寿，足足运行了约20年。（现代风电机组的设计寿命普遍为20年）一、风电发展史2、风力发电“初”体验由于其风机叶片采用平板设计，对风能难以有效捕捉，转速低，发电效率也较低，仅为12kW。这台机组的大获成功使得其他研究者低估了风电技术的难度。尽管美国各地短时间内刮起了一股风电浪潮，大量的尝试却均以失败告终。一、风电发展史3、丹麦人捡起风电接力棒丹麦气象学家PoullaCour（保罗.拉.库尔）敏锐地觉察到风电蕴藏着的巨大潜力，着手对风电技术进行研究。他建了一座风洞开展相关实验，在设计风机叶片时，引入了空气动力学概念，发现了叶片数目少、转速高的风力机的发电效率上比多叶片转速慢的风力机高得多，从而开创了风机叶片更为科学的设计方法。一、风电发展史3、丹麦人捡起风电接力棒1897年，他在丹麦的一所高中的校园安装了自己研发的两台实验风力发电机。此外他还创立了风电工人协会，每年给风电工人进行培训，并创办了世界上第一个风力发电期刊《JournalofWindElectricity》。保罗作为现代风力发电机的先驱，将丹麦的风电技术推向了世界领先水平。1904年培训班毕业照一、风电发展史3、丹麦人捡起风电接力棒1908年，丹麦研制出了首批成熟的商业化风电机组，包括72台5-25kW机组。到了1918年，丹麦约有120个地方公用事业拥有风力发电机，通常的单机容量是20-35kW，总装机约3MW。这些风电容量当时占丹麦电力消耗量的3%。丹麦对风力发电的兴趣在随后的若干年逐渐减退直到二次世界大战期间出现供电危机为止。一、风电发展史1925年，法国工程师G.J.MDarrieus（达里厄）发明了一种全新的风力机，其叶片犹如具有流线型轮廓的跳绳。虽然这款升力型垂直轴风力机的风能利用率约为40%（水平轴升力型的理论利用率为59.3%），但其不受风向限制且安装维护成本低，加拿大和美国在六十年代对其开展了大量研究。然而在历史的岔路口，被寄予厚望的达里厄型风力机却由于各种原因逐渐没落，水平轴风力机最终占据了风电市场。一部分学者认为，如果在达里厄型风力机上投入和水平轴风力机相当的研究经费，前者则具有更为广阔的发展空间。Darrieus风机4、横空出世的达里厄型风力机一、风电发展史5、动量叶素理论的诞生1935年，英国科学家Glauert（葛劳涡）将叶素理论和动量理论结合，形成了统一的叶素动量理论（BEM），其不仅能够用于风电叶片的气动外形设计，也可以评估叶片的载荷和风轮的输出功率，奠定了风电机组设计的基础。此后的多年间，多种损失修正被相继提出，使得该理论不断改进和优化，提供更加精确的结果。截止到目前，叶素动量理论仍旧活跃在风电领域的学术前沿，发挥着不可替代的作用。一、风电发展史6、兆瓦级风电机组的诅咒西方国家在风电技术的探索过程中，先后面临到了单机容量难以突破兆瓦的难题。事件终于在1941年迎来了转机，美国工程师设计了一台1.25MW的巨型风力发电机组，叶片长度约27米，其仅运行了33天，一只叶片就坠落了。这次失败成为了诅咒，始终萦绕在风电研究人员的脑海里，在漫长的40年内，没有人再进行尝试。最终，随着技术的不断积累和成熟，机组容量实现了突破，此后逐步达到2MW、5MM、8MW以及10MW。目前世界上最大的机组额定功率为15MW，风轮直径236米。学术研究中甚至已经提出了20MW机组的概念，风电机组的容量天花板还未被触及。一、风电发展史7、划时代的“丹麦概念”风力发电机组1950年，丹麦的VesterEgesborg风电公司的工程师JohannesJuul（约翰•朱尔）首次把风力机中的直流发电机换成了异步交流发电机。此后，交流发电策略延续到了现代风力机中。1956-1957年，JohannesJuul在丹麦南部的Gedser（盖泽）海岸设计为了一件一划时代意义的产品。这台机组具有三叶片、上风向、电动机械偏航和异步发电机，虽然容量只有200kW的机组，却凭借着较高的风能利用率和稳定可靠的结构性能，在众多类型的概念中脱颖而出，成为现代风力发电机的设计雏形，被称为“丹麦概念”。这台风力机是现代失速调节型风力机的模板，其在风力机风轮旋转过快时，可以通过离心力的作用，紧急触发叶尖气动刹车。Gedser风力发电机一、风电发展史8、风电大踏步走向广袤的海洋随着土地资源的限制，并且海上平均风速高，品质更优，风资源丰富，欧洲风电大国纷纷将目光转移到了广袤的海洋。1990年，瑞典率先在离岸350米的水深6米的海床上安装了世界上首台海上风电机组，这台220kW的实验性机组为海上风能利用指引了光明的方向。一、风电发展史8、风电大踏步走向广袤的海洋紧接着1991年，筹划已久的丹麦一举在波罗的海区域安装了11台450kW的机组，建成了世界上第一个海上风电场——Vindeby海上风电场（文德比），能为2000～3000户居民供电。Vindeby海上风电场在整个海上风电场的规划、设计、实施、维护等一系列环节积累了宝贵而丰富的经验。随后丹麦又开发了一系列小型示范项目，以及Horns

RevI和Nysted（奈斯特德）两个大型海上风电场，装机容量分别达到16万千瓦和16.5万千瓦。一、风电发展史一、风电发展史Vindeby海上风电场退役拆除8、风电大踏步走向广袤的海洋2000年，兆瓦级风力机开始用于海上，从而让海上风电项目初步具备了商业化应用价值。2002年，丹麦在北海海域建成了世界上第一座大型海上风电场，安装2兆瓦风力机80台，装机容量16万千瓦。随后，瑞典、德国、英国、爱尔兰、荷兰、比利时、法国等诸多欧洲国家都陆续投入了海上风电场的建设。2007年，在欧洲之外，中国也在大规模建设海上风电场。首台1.5兆瓦海上风电机组安装于渤海，接入海上油田的独立电网。2010年，上海东海大桥建成，是中国第一个并网发电的海上风电场，共有34台3兆瓦机组，装机容量10.2万千瓦。一、风电发展史9、中国风电发展历程我国风电行业起步于上世纪80年代，风电的发展经历了一个从无到有、由引风电技术从单一趋向多样化、复杂化。近年来，在对于可持续能源的探索上，中国的建设步伐一直没有落后。总体来看，中国风电行业发展进到自主研发的过程，经历了早期示范、产业化探索、产业化发展以及大规模发展的四个阶段。早期示范产业化探索产业化发展大规模发展小型示范风电场探索产业化机制，向竞争性市场改革开发规模和设备制造能力大幅提升大规模风电上网和市场消纳1986-1993年1994-2003年2003-2007年2008-目前一、风电发展史9、中国风电发展历程1)早期示范阶段(1986-1993年)：主要利用国外赠款及贷款，建设小型示范风电场，政府的扶持主要在资金方面，如投资风电场项目及支持风电机组研制；2)产业化探索阶段(1994-2003年)：首次建立了强制性收购、还本付息电价和或成分摊制度，由于投资者利益得到保障，贷款建设风电场逐渐增多；3)产业化发展阶段(2003-2007年)：主要通过实施风电特许权招标来确定风电场投资商、开发商和上网电价，通过施行《可再生能源法》及其细则，建立了稳定的费用分摊制度，迅速提高了风电开发规模和本土设备制造能力；4)大规模发展阶段(2008年至今)：在风电特许权招标的基础上，颁布了陆地风电上网标杆电价政策；根据规模化发展需要，修订了《可再生能源法》，制定实施可再生能源发电全额保障性收购制度。一、风电发展史9、中国风电发展历程1986年，我国第一座风电场一一马兰风力发电厂在山东荣成并网发电，是我国风电历史上的里程碑，标志着中国风电的开端。1988年，新疆完成了达坂城风力发电第一期工程，是中国第一个大型风电场，也是亚洲最大的风电场。1996年，中国实施“乘风计划”，先后在新疆、内蒙、广东、山东、辽宁、福建、浙江、河北等省区建设了19个风电场。2005年，随着《中华人民共和国可再生能源法》等一系列鼓励政策的颁布，我国的风电行业逐步进入快速发展的阶段。一、风电发展史9、中国风电发展历程2006年4月16日，国内首只国产单机功率最大、国产单片最长，也是首只通过德国船级社设计认证的国产1.5MW风机叶片在中国建材集团连云港叶片工厂成功下线，标志着中国进入了兆瓦级风机叶片的新纪元。2009年9月4日，中国首座、也是亚洲首座海上风力发电场——东海大桥风电场首批3台机组并网发电，标志着我国海上风力发电产业稳稳走出了第一步。2010年2月7日，中国首座大型海上风力发电场——东海大桥风电场34台风机全部完成安装。标志着海上风能已成为我过成熟的产业化项目。2010年，风电新增装机容量1892.7万千瓦，累计装机容量4473.3万千瓦，双双超过美国跃居世界第一位。一、风电发展史2CHAPTER风电行业现状及发展趋势1、我国风力发电发展现状1）风机发电的发展现状：装机容量稳步提升随着近年来对环境的整治力度加大，我国逐渐从煤炭发电转向环保的风力发电，风力发电量逐年增长，如今已成为风能利用的主要形式。2019年中国风电发电大幅增长到4057亿千瓦时，增长率高达10.85%；2020年，全国风电发电量为4665亿千瓦时，同比增长15%。二、风电行业现状及发展趋势二、风电行业现状及发展趋势1、我国风力发电发展现状风电装机容量逐年增长。据统计，2019年我国风电装机容量达到了21005万千瓦，2020年，我国风电装机容量达到了28172万千瓦，其中新增风电并网装机容量7167万千瓦。二、风电行业现状及发展趋势二、风电行业现状及发展趋势二、风电行业现状及发展趋势1、我国风力发电发展现状2）中国风电行业细分格局：海上风电份额逐渐提升

近年来，由于我国陆上风电的建设技术已日趋成熟，加之海上风电资源更为广阔，国家风电发展政策逐渐向海上发电倾斜。在我国东部沿海的海上，其可开发风能资源约达7.5亿千瓦，不仅资源潜力巨大且开发利用市场条件良好。据国家能源局统计数据显示，2013年以来，我国海上风电市场份额稳步提升，2013年，海上风电累计装机容量为45万千瓦，仅占总体的0.58%，到2020年，增长至900万千瓦，占总体的3.19%。二、风电行业现状及发展趋势二、风电行业现状及发展趋势1、我国风力发电发展现状从风电新增并网装机来看，2020年，全国风电新增并网装机7167万千瓦，其中陆上风电新增装机6861万千瓦、海上风电新增装机306万千瓦。到2020年底，全国风电累计装机2.81亿千瓦，其中陆上风电累计装机2.71亿千瓦、海上风电累计装机900万千瓦，海上发电的比重正在逐步提升。

二、风电行业现状及发展趋势二、风电行业现状及发展趋势1、我国风力发电发展现状3）风机整机制造业竞争格局：产业集中度高受补贴退坡刺及海上风电发展提速的双重影响，中国风电市场新增吊装容量达到历史第二高水平。2020年中国新增装机容量高达57.8GW，在20196年基础上实现翻番。其中，陆上风电新增53.8GW，同比增长高达105%，海上风电新增4GW，同比增长高达47%。中国激风电市场集中度稳步提升，前五大整机制造商吊装容量高达28GW，共占据48%市场份额。金风科技，远景能源，明阳智慧能源稳居前三，上海电气、运达风电分列第四、第五。另外13家中国与3家海外整机制造商分享了剩余的52%市场份额。二、风电行业现状及发展趋势二、风电行业现状及发展趋势2020年中国风电新增装机排名前10的机组制造商排名风机整机制造商2020年新增吊装容量2020年中国市场份额1金风科技12.3321%2远景能源10.0717%3明阳智能5.6410%4上海电气5.079%5运达股份3.987%6中车风电3.847%7三一重能3.726%8东方电气3.115%9中国海装2.925%10联合动力2.24%其他（含国外整机制造商）4.929%二、风电行业现状及发展趋势2020年全球风电整机商排名，前10家风电整机商，中国风电整机商占据7个席位。美国通用金风科技丹麦Vestas远景能源德国歌美飒