風(fēng)力發(fā)電的原理及推廣應(yīng)用

時(shí)玉強(qiáng)*，魯緒強(qiáng)

?

風(fēng)力發(fā)電的原理及推廣應(yīng)用

時(shí)玉強(qiáng)1*，魯緒強(qiáng)2

(1.臨邑禹王植物蛋白有限公司，山東臨邑，251500；2.德州清大禹王能源技術(shù)研究院有限公司，山東臨邑，251500)

本文介紹了風(fēng)力發(fā)電的基本結(jié)構(gòu)和原理，科學(xué)普及了風(fēng)力發(fā)電的基礎(chǔ)知識(shí)。通過對(duì)風(fēng)力發(fā)電的可持續(xù)性和資源來(lái)源的環(huán)保性和豐富性等優(yōu)越性的闡述，得出了發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的理論可行性，并且是環(huán)境友好性能源開發(fā)技術(shù)的結(jié)論，為大力推廣風(fēng)力發(fā)電提供了理論和數(shù)據(jù)依據(jù)，通過對(duì)國(guó)內(nèi)外的政策支持和發(fā)展現(xiàn)狀的探討和總結(jié)，對(duì)未來(lái)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展方向和前景進(jìn)行了預(yù)測(cè)，為大力推廣風(fēng)力發(fā)電提供了政策支持和發(fā)展方向。風(fēng)力發(fā)電將成為未來(lái)潔凈能源的重要組成部分，為解決未來(lái)能源短缺問題提供一種安全可靠的能源來(lái)源。

風(fēng)力發(fā)電；政策；綠色能源；可再生能源

引言

為了減緩溫室氣體效應(yīng)導(dǎo)致的氣候變化，探索國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的道路，世界各國(guó)宣布了溫室氣體排放和化石能源消耗的削減目標(biāo)，丹麥成為首個(gè)承諾到2050年100%使用可再生能源的國(guó)家[1]。在全球生態(tài)環(huán)境惡化和化石能源不可再生性的雙重壓力下，對(duì)新能源的研究和利用已成為全球各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)。除水力發(fā)電和核發(fā)電技術(shù)外，風(fēng)力發(fā)電是新能源發(fā)電技術(shù)中最成熟、最具大規(guī)模開發(fā)和最有商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式。由于在改善生態(tài)環(huán)境、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展等方面的突出作用，目前世界各國(guó)都在大力發(fā)展和研究風(fēng)力發(fā)電及其相關(guān)技術(shù)。

1 風(fēng)力發(fā)電的原理

1.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

風(fēng)能源于太陽(yáng)輻射使地球表面受熱不均、導(dǎo)致大氣層中壓力分布不均而使空氣沿水平方向運(yùn)動(dòng)所獲得的動(dòng)能。據(jù)估計(jì)，地球上可開發(fā)利用的風(fēng)能約為2×107MW，是水能的10倍，只要利用1%的風(fēng)能即可滿足全球能源的需求[2]。

典型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要由風(fēng)輪(包括葉片、輪轂)、(增速)齒輪箱、發(fā)電機(jī)、對(duì)風(fēng)裝置(偏航系統(tǒng))、塔架等構(gòu)成(圖1)。其工作原理為:風(fēng)以一定的速度和攻角流過槳葉，使風(fēng)輪獲得旋轉(zhuǎn)力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)輪通過主軸聯(lián)接齒輪箱，經(jīng)齒輪箱增速后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電[3]。

由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組頻繁起停，風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量又很大(大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單個(gè)葉片重達(dá)數(shù)噸)，故風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)值較低，通常為20～30r/min(機(jī)組容量越大，轉(zhuǎn)速越低)[3]；另一方面，為了限制發(fā)電機(jī)的體積和重量，其極對(duì)數(shù)較少，故在風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)間通常設(shè)置增速齒輪箱，將風(fēng)輪輸入的較低轉(zhuǎn)速增速到1000～1500r/min[1]以滿足發(fā)電機(jī)所需。

1.2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)從形式上有離網(wǎng)型、并網(wǎng)型。離網(wǎng)型的單機(jī)容量小(約為0.1～5kW，一般不超過10kW)，主要采用直流發(fā)電系統(tǒng)并配合蓄電池儲(chǔ)能裝置獨(dú)立運(yùn)行；并網(wǎng)型的單機(jī)容量大(可達(dá)MW級(jí))，且由多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電機(jī)群(風(fēng)電場(chǎng))集中向電網(wǎng)輸送電能。另外，中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(幾十kW到幾百kW)可并網(wǎng)運(yùn)行，也可與其它能源發(fā)電方式相結(jié)合(如風(fēng)電-水電互補(bǔ)、風(fēng)電-柴油機(jī)組發(fā)電聯(lián)合)形成微電網(wǎng)。并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電的頻率應(yīng)保持恒等于電網(wǎng)頻率，按其發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式可分為恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)兩大類[3]。

恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，其主要缺點(diǎn)為:運(yùn)行范圍窄；不能充分利用風(fēng)能(其風(fēng)能利用系數(shù)不可能保持在最大值)；風(fēng)速躍升時(shí)會(huì)導(dǎo)致主軸、齒輪箱和發(fā)電機(jī)等部件承受很大的機(jī)械應(yīng)力。

變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)為：低于額定風(fēng)速時(shí)，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)速跟隨風(fēng)速變化，使風(fēng)輪的葉尖速比保持在最佳值，維持風(fēng)電機(jī)組在最大風(fēng)能利用率下運(yùn)行；高于額定風(fēng)速時(shí)，調(diào)節(jié)槳距以限制風(fēng)力機(jī)吸收的功率不超過最大值；恒頻電能的獲得是通過發(fā)電機(jī)與電力電子變換裝置相結(jié)合實(shí)現(xiàn)的[4]。

風(fēng)力發(fā)電原理目前已經(jīng)獲得了巨大的進(jìn)步，并且實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用，得到了全世界范圍的認(rèn)可和使用，這與風(fēng)力發(fā)電本身具有的先天優(yōu)勢(shì)是分不開的。

2 風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)越性

2.1 風(fēng)能是可持續(xù)發(fā)展的綠色能源

可持續(xù)性(sustainability)發(fā)展是指所采用的技術(shù)和發(fā)展方式在獲取社會(huì)財(cái)富的同時(shí)，不損害未來(lái)人們的生活質(zhì)量、不沖擊未來(lái)人類的生存環(huán)境，是一個(gè)關(guān)系到社會(huì)(society)、環(huán)境(environment)和經(jīng)濟(jì)(economy)3個(gè)方面的復(fù)雜問題[5]。.

環(huán)境友好是風(fēng)力發(fā)電的首要優(yōu)勢(shì)，一組風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在20年生命周期中消耗的總能量約為0.051GWh，排放CO2約為42.1噸，而它生產(chǎn)的發(fā)電量為17.5GWh，可減少CO2排放11600噸[6].經(jīng)濟(jì)性是可持續(xù)性的又一個(gè)重要指標(biāo).只有在商業(yè)上獲得成功，才能有持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力.近30年來(lái)，隨著風(fēng)力機(jī)技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)力機(jī)發(fā)電成本顯著下降為原來(lái)的三分之一，每兆瓦時(shí)從150美元降為50美元(美國(guó))，使得風(fēng)力發(fā)電成為水電之后又一種成功商業(yè)化的可再生能源[1]，在社會(huì)接受度方面，相對(duì)于公眾對(duì)于核電站安全的擔(dān)心和水電對(duì)于環(huán)境的改變，風(fēng)電對(duì)自然和社會(huì)的干預(yù)度較小，易于為公眾理解.特別是日本福島核電事故以后，引發(fā)了人們對(duì)于核電的擔(dān)憂。

作為可持續(xù)發(fā)展的綠色能源的風(fēng)能是太陽(yáng)能的一種轉(zhuǎn)化形式，對(duì)其進(jìn)行大力開發(fā)和應(yīng)用具有對(duì)環(huán)境影響小，社會(huì)認(rèn)同度高，經(jīng)濟(jì)價(jià)值突出的特點(diǎn)，因此具有市場(chǎng)和社會(huì)雙重優(yōu)勢(shì)。

2.2 中國(guó)風(fēng)資源極為豐富，可成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要能源

中國(guó)氣象局風(fēng)能太陽(yáng)能資源中心利用400個(gè)測(cè)風(fēng)塔連續(xù)兩年的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)訂正，得出中國(guó)陸地上的風(fēng)能資源參數(shù).根據(jù)目前中國(guó)風(fēng)能資源開發(fā)的技術(shù)水平和主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，綜合考慮自然、地理和政策等對(duì)風(fēng)電開發(fā)的制約因素，結(jié)合大型風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)對(duì)連片風(fēng)能資源分布的要求，，計(jì)算得出中國(guó)陸地離地面50m，70m和100m等高度層上的風(fēng)能資源技術(shù)開發(fā)量分別為20億千瓦，26億千瓦和34億千瓦[7]。由此可以看出我國(guó)的風(fēng)能資源極為豐富，充分開發(fā)和利用我國(guó)的風(fēng)能資源可謂我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和國(guó)民生活帶來(lái)極大的促進(jìn)作用，有利于降低國(guó)民的生活成本，經(jīng)濟(jì)實(shí)體的生產(chǎn)成本，使我國(guó)整體經(jīng)濟(jì)成本下降，提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和大國(guó)形象。

目前世界各國(guó)對(duì)風(fēng)力發(fā)電具有可持續(xù)性，綠色和資源豐富等諸多優(yōu)勢(shì)越來(lái)越重視，為了大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，國(guó)內(nèi)外對(duì)風(fēng)力發(fā)電的政策越來(lái)越優(yōu)越。

3 風(fēng)力發(fā)電的國(guó)內(nèi)外政策[8]

3.1 目標(biāo)引導(dǎo)

制定發(fā)展戰(zhàn)略或發(fā)展路線圖是世界上大多數(shù)國(guó)家的成功經(jīng)驗(yàn)。國(guó)家制定一定階段的可再生能源的具體發(fā)展目標(biāo)和計(jì)劃，在發(fā)展目標(biāo)框架之下，制定一系列的優(yōu)惠政策，并通過市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的手段鼓勵(lì)各界投資和利用可再生能源。所以，發(fā)展目標(biāo)的制定，在一定程度上類似于我國(guó)制定發(fā)展規(guī)劃，只是沒有具體的項(xiàng)目安排。但是，發(fā)展目標(biāo)是確立具體的優(yōu)惠政策的依據(jù)和目的。2001年歐盟部長(zhǎng)理事會(huì)提出了關(guān)于使用可再生能源發(fā)電的共同指令，要求歐盟國(guó)家到2010年，可再生能源在其全部能源消耗中占12%，在其電量消耗中可再生能源的比例達(dá)到22.1%的總量控制目標(biāo)。歐盟成員國(guó)根據(jù)該指令，制定了本國(guó)的發(fā)展目標(biāo)，如英國(guó)和德國(guó)都承諾2010年和2020年可再生能源的比例將分別達(dá)到10%和20%，北歐部分國(guó)家提出了利用風(fēng)力發(fā)電和生物質(zhì)發(fā)電逐步替代核電的戰(zhàn)略目標(biāo)。美國(guó)能源部提出了逐步提高綠色電力的發(fā)展計(jì)劃，制定了風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)發(fā)展路線圖，希望通過風(fēng)力發(fā)電等來(lái)提高綠色能源的比例。

我國(guó)在早期通過的《電力法》、《節(jié)約能源法》、《大氣污染防治法》等法律中，都作出了有關(guān)鼓勵(lì)開發(fā)利用清潔能源，包括可再生能源的原則規(guī)定。在國(guó)務(wù)院有關(guān)部門發(fā)布的“國(guó)家能源技術(shù)政策”、“當(dāng)前國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄”、“關(guān)于進(jìn)一步支持可再生能源發(fā)展有關(guān)問題的通知”、“并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電的管理規(guī)定”等行政規(guī)章中，也都作出了鼓勵(lì)開發(fā)利用可再生能源，實(shí)施強(qiáng)制上網(wǎng)和經(jīng)濟(jì)激勵(lì)等方面的政策，鼓勵(lì)可再生能源的發(fā)展。2016年國(guó)家能源局下發(fā)《全國(guó)風(fēng)電開發(fā)建設(shè)方案的通知》指出各省（區(qū)、市）發(fā)展改革委（能源局）要高度重視項(xiàng)目建設(shè)過程中的質(zhì)量監(jiān)督、環(huán)境保護(hù)和項(xiàng)目建成后的運(yùn)行管理工作，采取有效措施確保項(xiàng)目建成之后所發(fā)電量的全額上網(wǎng)。

3.2 價(jià)格激勵(lì)

在不考慮常規(guī)能源的環(huán)境成本情況下，目前大多數(shù)可再生能源產(chǎn)品的成本高于常規(guī)能源產(chǎn)品的成本，因此許多國(guó)家都采取了價(jià)格政策鼓勵(lì)可再生能源的發(fā)展。德國(guó)是這類價(jià)格政策的代表國(guó)家，德國(guó)通過法律的形式，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)類型和項(xiàng)目資源條件，制定了風(fēng)力發(fā)電的電價(jià)，世界上大約有10多個(gè)國(guó)家采用這種價(jià)格機(jī)制，主要在歐洲.在制定固定價(jià)格的同時(shí)，也推出了浮動(dòng)價(jià)格，市場(chǎng)價(jià)格和綠色能源價(jià)格等多種激勵(lì)形式。

我國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委2005年印發(fā)的“上網(wǎng)電價(jià)管理暫行辦法”規(guī)定：風(fēng)電、地?zé)岬刃履茉春涂稍偕茉雌髽I(yè)暫不參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，電量由電網(wǎng)企業(yè)按政府定價(jià)或招標(biāo)價(jià)格優(yōu)先購(gòu)買，適時(shí)由政府規(guī)定供電企業(yè)售電量中新能源和可再生能源電量的比例，建立專門的競(jìng)爭(zhēng)性新能源和可再生能源市場(chǎng)。根據(jù)《可再生能源法》實(shí)施的要求，國(guó)家發(fā)展和改革委正在制定有關(guān)可再生能源發(fā)電的價(jià)格政策，可望近期出臺(tái)。

3.3 財(cái)政補(bǔ)貼

財(cái)政補(bǔ)貼政策是最為常見的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)措施，形式多樣，主要有投資補(bǔ)貼、產(chǎn)品補(bǔ)貼和用戶補(bǔ)貼，通過多種補(bǔ)貼形式，促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。2002-2003年期間完成的“送電到鄉(xiāng)”工程，中央和地方財(cái)政籌集了40多億資金支持了無(wú)電地區(qū)1000多個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）政府所在地的太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電和小水電等獨(dú)立電站的建設(shè)，解決了約40萬(wàn)人的生活用電問題一些地方政府也對(duì)可再生能源的開發(fā)和利用提供了補(bǔ)貼支持，例如，新疆、青海、內(nèi)蒙古等地對(duì)邊遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)牧民購(gòu)買小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)給予每套100-300元的財(cái)政補(bǔ)貼。

3.4 稅收優(yōu)惠

稅收優(yōu)惠是推動(dòng)風(fēng)力發(fā)電的有效手段

稅收政策有兩大類：一類是直接對(duì)風(fēng)能能源實(shí)施稅收優(yōu)惠政策，包括減免關(guān)稅、減免形成固定資產(chǎn)稅、減免增值稅和所得稅（企業(yè)所得稅和個(gè)人收入稅）等；另一類是對(duì)非可再生能源實(shí)施強(qiáng)制性稅收政策，如碳稅政策等。

我國(guó)對(duì)風(fēng)力發(fā)電實(shí)施風(fēng)力發(fā)電增值稅減半征收、對(duì)部分國(guó)內(nèi)尚不具備生產(chǎn)能力的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和零部件進(jìn)口實(shí)行免稅或低稅率。一些地方政府在其職權(quán)范圍內(nèi)，也對(duì)可再生能源開發(fā)和利用提供了優(yōu)惠的稅收政策，例如，新疆、內(nèi)蒙古等地方政府對(duì)可再生能源生產(chǎn)企業(yè)按高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)減免所得稅；廣東省規(guī)定2000年起可再生能源項(xiàng)目還貸期所得稅全部返還。但是和世界大多數(shù)國(guó)家相比，我國(guó)在利用稅收手段鼓勵(lì)可再生能源發(fā)展方面，與發(fā)達(dá)國(guó)家尚有相當(dāng)大的差距，甚至和印度、巴西等發(fā)展中國(guó)家相比也有一定的距離。

3.5 信貸支持

低息或貼息貸款等金融政策可以減輕企業(yè)還本期利息的負(fù)擔(dān)，有利于降低生產(chǎn)成本，但政府需要籌集一定的資金以支持貼息或減息，貸款數(shù)量越大，貼息量越大，需要籌集的資金也越多。因此，資金供應(yīng)狀況是影響這一政策持續(xù)進(jìn)行的關(guān)鍵性因素。目前德國(guó)對(duì)風(fēng)電項(xiàng)目正在實(shí)施低利率貸款，利率從2.5%-5.1%不等。

3.6 科研和產(chǎn)業(yè)化共同促進(jìn)

發(fā)達(dá)國(guó)家在科技和研發(fā)方面投入很大，如建立國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和研究中心，為機(jī)構(gòu)和企業(yè)提供技術(shù)指導(dǎo)、研發(fā)資金和補(bǔ)貼等技術(shù)支持。丹麥為了占領(lǐng)風(fēng)力發(fā)電制造技術(shù)的制高點(diǎn)，累計(jì)投入了大約20多億歐元的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，支持研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)開展風(fēng)力發(fā)電設(shè)備與零部件的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。丹麥和西班牙在其風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造業(yè)發(fā)展的初期，均要求電力公司每年必須安裝一定數(shù)量的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，支持設(shè)備制造企業(yè)迅速形成規(guī)模化生產(chǎn)能力。

我國(guó)政府對(duì)可再生能源的技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展也予以支持。自“六五”開始，我國(guó)就通過國(guó)家攻關(guān)計(jì)劃、863計(jì)劃、973計(jì)劃安排了一定數(shù)量的資金，支持風(fēng)能海洋能等可再生能源的開發(fā)和利用技術(shù)的研究及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的前期準(zhǔn)備。近年來(lái)，國(guó)家在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展專項(xiàng)方面也開始關(guān)注和扶持大型風(fēng)力發(fā)電裝備產(chǎn)業(yè)化發(fā)展項(xiàng)目，初步奠定了我國(guó)風(fēng)能源產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。

4 風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用現(xiàn)狀

進(jìn)入21世紀(jì)，陸地風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主力機(jī)型單機(jī)容量為2MW，風(fēng)輪直徑為60～80m，近海風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主力機(jī)型單機(jī)容量多為3MW以上；大型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已成為主要發(fā)展方向。其中，雙饋型變速恒頻風(fēng)力機(jī)組是目前國(guó)際風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)的主流機(jī)型，直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以其固有的優(yōu)勢(shì)正日益受到關(guān)注[3]。2001年以來(lái)，全球每年風(fēng)電裝機(jī)容量增長(zhǎng)速度為20%～30%，風(fēng)力發(fā)電已成為世界上增長(zhǎng)速度最快的清潔能源。到2008年底，全球風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)1.20億kW，前3位的國(guó)家分別是美國(guó)、德國(guó)、西班牙。我國(guó)的風(fēng)電發(fā)展主要集中在2003年以后。近年來(lái)，顯示出前所未有的發(fā)展勢(shì)頭。到2008年底，風(fēng)電機(jī)組總裝機(jī)容量達(dá)1215.3萬(wàn)kW，位列全球第4。隨著我國(guó)風(fēng)電裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)的華銳風(fēng)電、金風(fēng)科技兩家企業(yè)進(jìn)入2008年全球大型風(fēng)電機(jī)組制造商前10名[9]。

隨著國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的成熟[10]，在國(guó)際市場(chǎng)上，中國(guó)小型風(fēng)機(jī)由于技術(shù)上的領(lǐng)先帶來(lái)了成本的降低，同時(shí)中國(guó)一直是“世界工廠”，國(guó)內(nèi)的勞動(dòng)力成本相對(duì)于其他各國(guó)比較低廉，基于這兩方面的原因使得中國(guó)出口的小型風(fēng)機(jī)均價(jià)僅僅是國(guó)外價(jià)格的2/3，價(jià)格優(yōu)勢(shì)非常明顯[11]。

我國(guó)東北、西北、華北地區(qū)以及東南沿海地區(qū)是我國(guó)風(fēng)能資源最豐富的地區(qū)[12]，當(dāng)前“三北”地區(qū)陸上風(fēng)資源已經(jīng)高度開發(fā)利用。同時(shí)，我國(guó)在小型風(fēng)機(jī)的開發(fā)上已積累了豐富的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，與國(guó)外相比差距并不大。目前我國(guó)大風(fēng)機(jī)的研發(fā)，走的是技術(shù)引進(jìn)、與國(guó)際大公司聯(lián)合開發(fā)之路，技術(shù)水平與研究開發(fā)能力與國(guó)外相比都存在較大的差距。然而，我國(guó)生產(chǎn)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的歷史由來(lái)已久，擁有研發(fā)、生產(chǎn)小型風(fēng)機(jī)的自由和新技術(shù)，風(fēng)電產(chǎn)品種類齊全、質(zhì)量過硬。同時(shí)，我國(guó)具有多年的應(yīng)用基礎(chǔ)，產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的規(guī)模已經(jīng)基本形成[13]。

此外除了單純的風(fēng)力發(fā)電外，風(fēng)光互補(bǔ)性技術(shù)也在有了一定的應(yīng)用。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)在通信基站中的應(yīng)用逐漸由最初的城市內(nèi)建設(shè)向城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村發(fā)展。無(wú)論移動(dòng)通信、微波、廣播和電視轉(zhuǎn)發(fā)，還是衛(wèi)星通信，都各自在全國(guó)建立了一定數(shù)量的通信基站。今后將更多地向不發(fā)達(dá)的西部地區(qū)、偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)發(fā)展。這些基站負(fù)荷較小，若采用市電供電，架設(shè)輸電線路代價(jià)很大。而采用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)可很好解決供電問題，可利用當(dāng)?shù)厍鍧嵞茉磳?shí)現(xiàn)用電自給自足。在重要的基站，則可配備備用的柴油發(fā)電機(jī)，形成風(fēng)光柴油混合發(fā)電系統(tǒng)，提高供電可靠性，保證實(shí)時(shí)通信[14]。

5 結(jié)束語(yǔ)

風(fēng)力發(fā)電是一個(gè)集計(jì)算機(jī)技術(shù)、空氣動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料科學(xué)等綜合性學(xué)科的技術(shù)。我國(guó)有豐富的風(fēng)能資源，因此風(fēng)力發(fā)電在我國(guó)有著廣闊的發(fā)展前景，而風(fēng)能利用必將為我國(guó)的環(huán)保事業(yè)、能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，減少對(duì)進(jìn)口能源依賴作出巨大的貢獻(xiàn)[15]。

綜觀世界風(fēng)力發(fā)電近幾年迅猛發(fā)展的軌跡，呈現(xiàn)出如下發(fā)展趨勢(shì)及發(fā)展動(dòng)態(tài)：1)大型化；2)定槳距、定速恒頻向變槳距、變速恒頻方向發(fā)展；3)海上專用風(fēng)電機(jī)組研究及近海風(fēng)電大規(guī)模開發(fā)[16]；4)多級(jí)增速齒輪箱傳動(dòng)向直驅(qū)型(無(wú)齒輪箱，風(fēng)輪直接驅(qū)動(dòng)多級(jí)發(fā)電機(jī))、半直驅(qū)型(風(fēng)輪經(jīng)單級(jí)增速齒輪箱驅(qū)動(dòng)多級(jí)發(fā)電機(jī))方向發(fā)展；5)應(yīng)用全功率變流的并網(wǎng)技術(shù)；6)低電壓穿越技術(shù)；7)實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率優(yōu)化、穩(wěn)定可靠運(yùn)行的智能控制技術(shù)；8)槳葉的空氣動(dòng)力特性、新材料新工藝應(yīng)用及控制策略研究；9)風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用。

風(fēng)力發(fā)電目前發(fā)展迅速，日趨成熟，越來(lái)越多的國(guó)家加大了風(fēng)力發(fā)電的研究與推廣，并取得了趨勢(shì)矚目的成就，我國(guó)不但著力于陸基大型風(fēng)力發(fā)電的開發(fā)，而且對(duì)于海上，區(qū)域性小風(fēng)力發(fā)電設(shè)備設(shè)施，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)也進(jìn)行了大力的開發(fā)，風(fēng)力發(fā)電將成為未來(lái)綠色新能源的重要開發(fā)方向，市場(chǎng)前景廣闊。

[1] 黎作武, 賀德馨. 風(fēng)能工程中流體力學(xué)問題的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J]. 力學(xué)進(jìn)展, 2013, 43(5): 472–525.

[2] 宋海輝. 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及工程[M]. 北京: 中國(guó)水利水電出版社, 2009.

[3] 王宏華. 風(fēng)力發(fā)電的原理及發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 機(jī)械制造與自動(dòng)化, 2010, 39(1): 175-178.

[4] 葉杭冶. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2版, 2008.

[5] AzapagicA, PerdanS. Indicators of sustain able development for industry: Ageneral framework[J]. Process Safety and Environmental Protection, 2000, 78: 243-261.

[6] BrianC, JamieM, WilliamY, ZhuangLQ, Ramesh, T. Sustain ability assessment of awind turbineblade[J].Anengineering framework. AIAA, 2013, 2013-1556.

[7] 肖子牛, 朱蓉, 宋麗莉, 等. 中國(guó)風(fēng)能資源評(píng)估(2009)[M]. 北京: 氣象出版社, 2010.

[8] 李俊峰, 時(shí)瞡麗. 國(guó)內(nèi)外可再生能源政策綜述與進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)可再生能源發(fā)展的建議[J]. 可再生能源, 2006, (125): 1-6.

[9] 祁和生, 沈德昌. 當(dāng)前國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況[J]. 機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量, 2009, (11): 14-17.

[10] 李建林, 高志剛, 付勛波. 幾種典型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對(duì)比分析[J]. 電源技術(shù)應(yīng)用, 2007, (9): 42-47.

[11] 張紅濤, 陳世和. 高速行駛車輛驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)[Ｊ]. 太陽(yáng)能, 2009, (10): 35-37.

[12] 申寬育. 中國(guó)的風(fēng)能資源與風(fēng)力發(fā)電[Ｊ]. 西北水電, 2010, (1): 76-81.

[13] 張艷, 何偉軍. 我國(guó)小型風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前景研究[J]. 科技和產(chǎn)業(yè), 2013, 13(1): 1-4.

[14] 沈從舉, 賈首星, 湯智輝. 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在農(nóng)村的推廣應(yīng)用[J]. 機(jī)械研究與應(yīng)用, 2013, 26(2): 86-88.

[15] 張建勛. 發(fā)展?jié)摿薮蟮娘L(fēng)力發(fā)電[J]. 科技與經(jīng)濟(jì), 2006, (12): 29-30.

[16] 李軍軍, 吳政球, 譚勛瓊, 等. 風(fēng)力發(fā)電及其技術(shù)發(fā)展綜述[J]. 電力建設(shè), 2011, 32(8): 64-72.

Introduction of the Principle and Application of Wind Power Generation

SHI Yuqiang1*, LU Xuqiang2

(1.Lin Yi Yu Wang Plant Protein Industry Co., Ltd. Lin Yi, 251500, China; 2.De Zhou qing da Yu Wang Energy Research Institute Co., Ltd. Lin Yi 251500, China)

The basic structure and principle of wind power generation was introduced, and the basics of wind power was also stated in this paper. Based on wind power source of sustainability and resource superiority, such as environmental protection and richness, the theoretical feasibility of the development of wind power was obtained and is environmental friendly performance source development technology which provided theoretical and data basis for the promotion of wind power. By discussing and summarizing the current situation of domestic and foreign policy support and development, the future development direction and prospect of wind power generation were predicted which provided policy support and development direction for the promotion of wind power. Wind power generation will be an important part of future clean energy, providing a safe and reliable source of energy for future energy shortage.

wind power generation; policy; green energy resource; renewable energy sources

時(shí)玉強(qiáng), 魯緒強(qiáng). 風(fēng)力發(fā)電的原理及推廣應(yīng)用[J]. 數(shù)碼設(shè)計(jì), 2017, 6(5): 152-154.

SHI Yuqiang, LU Xuqiang. Introduction of the Principle and Application of Wind Power Generation[J]. Peak Data Science, 2017, 6(5): 152-154.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.05.063

TM614

A

1672-9129(2017)05-0152-03

2017-01-25；

2017-02-28。

時(shí)玉強(qiáng)（1982-），男，工程師，主要從事糧食油脂及植物蛋白工程研究工作。E-mail:shiyuqiang@yuwangcn.com。