風力發電——綠色可再生能源

趙建宇（曲阜師范大學電氣信息與自動化學院 山東日照 276826）

1 風能利用的意義

世界經濟快速發展，煤炭、石油和天然氣消耗量急劇增加，環境污染致使生態系統破壞嚴重，由此引發的自然災害引發了大量的人員傷亡，也造成了巨大的經濟損失。人類為了保護地球環境，促進可持續發展的世界經濟，在上個世紀90年代中期制定了《京都議定書》，旨在限制發達國家的溫室氣體排放量，我國也制訂一系列節能措施。但是這些措施并不能從根本上解決環境污染問題。為了解決這個問題，必須加大無污染的再生能源開發力度。近年來，風力發電作為綠色、環保的可再生能源，越來越被人們所重視。

2 風的產生和開發利用

風是由于空氣的流動產生的。富含巨大能量的太陽光照射到地球表面的大氣層使其溫度升高，受熱膨脹變輕后上升。地球表面各地的大氣在不同的季節和不同的地理位置，吸收的太陽光能量各不相同，溫度和密度是不相同的，溫度高、密度小的熱空氣上升后，異地溫度低、密度大的空氣將橫向流入進行填充，風就這樣在空氣流動的同時產生了。

風能是太陽能利用地球表面的空氣作為介質而產生的可再生能源，蘊藏量巨大而且安全、清潔。全球陸地上的風能約為2.80×109MW，其中可供開發利用的風能為2.2×107MW，盡管可利用量不足總量的1%，但是這個量已經比地球上可以供人類開發利用的水能總量大了十幾倍。

我國幅員遼闊，地大物博，有960萬平方公里的國土面積和32000千米長的海岸線，風能貯量全世界排名處于第一位，有風能2.5×105MW可供開發利用，主要集中在沿海岸線地區和東北、西北與華北地區。

3 風力發電原理

風力發電機組主要由支架、風機和發電機三部分組成。支架用來安裝和固定風機和發電機；風機由葉片、尾翼、偏航裝置、傳動裝置、增速齒輪（變速器）組成，用來接收風能轉化為機械能拖動發電機的轉子旋轉，葉片用來接受風力，為了有效利用風能，適應經常變化的風向變化，采用風向傳感器的輸出信號操縱偏航裝置，同尾翼一起配合使風輪始終正面對風從而獲得最大的風能；發電機由轉子、定子和外殼組成，外殼用于固定轉子和定子以及外部防護，定子用于產生發電機的勵磁磁場，轉子在風機的拖動之下切割定子產生的磁力線發電。大部分風力發電機組的風機主軸和發電機轉子軸都是水平放置，兩軸之間通過增速齒輪連接在一起實現能量的傳遞。

4 國外風力發電情況

在兩千多年前人類開始借助船帆利用風能行船。經過了一千多年歷程制成風車，風車輸出動力做功幫助人類勞動。又經歷數百年，風車與發電機結合，才有了風力發電機組。十九世紀八十年代中期，美國人制造了世界上第一臺風力發電機組，盡管機組的裝機容量非常小，但是自此開始了風力發電的艱難發展歷程。

近幾年來，美國、亞洲、南美洲等國風電行業得到了快速發展。根據世界風能協會的數據，2012年全世界新增風電裝機容排名前三的國家依次為美國、中國、印度，前3個國家合計新增裝機容量占全世界的60%。歐洲風電裝機容量在進入二十一世紀之前增長較快，全球領先，近年來增長逐漸放緩，總裝機容量占全球比重正逐年下降，致使風電發展在全球范圍內呈現更加均衡的局面。

早期的風力發電機由于受科技水平的限制，容量都非常小，直到上世紀90年代，風力發電機組只能做到60千瓦。但是近年來隨著科學技術的快速發展，目前能夠并網運行的風力發電機組一般為1000 KW以上。德國人已經于2011年在布倫斯比特爾安裝投入運營了5000千瓦的風力發電機組。

5 國內風力發電的情況

我國風力發電的研究和試點工作起步較晚。發展過程基本可以分為孤網運行、并網運行和快速發展三個階段。2011年新增風電裝機容排名躍居全球第一（2012年美國為第一）。據中國國家電網2013年6月13日透露，中國已取代美國成為世界第一風電大國，國家電網成為全球風電接入規模最大、風電和太陽能增長速度最快的電網。中國用5年半時間走過了美國、歐洲15年的風電發展歷程。我國既稱得上風電大國，而且也稱得上風電強國。中國制造和中國創造的風力發電機組正在源源不斷出口到世界各地。國內已經有華銳風電、金風科技、聯合動力、湘電股份和海裝風電等廠家具備了5 MW及以上大型風電機組的研發制造能力。金風科技6 MW風電機組目前已經完成測試。這標志著中國風電產業在趕超國際先進水平上取得新突破。

6 風力發電對可持續發展的意義

我國風電行業發展呈現快速增長態勢。2011年裝機容量新增18 GW，占全球總增量的40%，在裝機方面保持全球領先地位。截至2011年底，全國風電累計裝機為62.36 GW。根據中國資源綜合利用協會可再生能源專業委員會和國際環保組織綠色和平兩家機構發布的《中國風電發展報告2010》預測：2020年，中國風電累計裝機可以達到230 GW，相當于13個三峽電站；總發電量可以達到4649億千瓦時，相當于取代200個火電廠。2030年，裝機容量累計將超過400 GW，全國近10%的發電量將來自風力發電，占各種電源結構裝機容量的15%。

京都議定書2005年2月16日生效，世界各國都在逐步加大綠色能源的開發力度，致使風電設備成本和風力發電成本都在急劇下降。同時，國內立法也在逐步完善，逐步明確電網企業消納風電的責任和賞罰機制、合理規劃發展、梳理并網成本分配、調動價格杠桿等，同時盡快克服風電輸出預測、并網、調度、儲能及電網建設等技術方面的障礙。有關風力發電的各項優惠政策和稅收減免的激勵措施正在逐步制訂并得到貫徹落實。

綜上所述，風力發電作為綠色環保的可再生能源，將成為全世界優先鼓勵發展的產業，必將為人類社會的可持續發展做出巨大貢獻。