中国新能源产业

国内外风力发电技术的现状与进展趋势田 德 （内蒙古农业大学新能源技术讨论所，呼和浩特 010018） 风能是一种可再生的清洁能源。近 30 年来，国际上在风能的利用方面，无论是理论讨论还是应用讨论都取得了重大进步。风力发电技术日臻完善，并网型风力发电机单机额定功率最大已经到 5MW，叶轮直径达到 126m 。截止 2024 年世界装机容量已达58,982MW，风力发电量占全球电量的 1%。中国成为亚洲风电产业进展的主要推动者之一，其总装机容量居世界第 8 位，2024 年新增装机容量居世界第 6 位。今后，国内外风力发电技术和产业的进展速度将明显加快。1 引 言风是最常见的自然现象之一，是太阳对地球表面不均衡加热而引起的“空气流动”，流动空气具有的动能称之为风能。因此，风能是一种广义的太阳能。据世界气象组织（WMO）和中国气象局气象科学讨论院分析，地球上可利用的风能资源为 200 亿 kW，是地球上可利用水能的 20 倍。中国陆地 10m 高度层可利用的风能为2.53 亿 kW，海上可利用的风能是陆地上的 3 倍，50m 高度层可利用的风能是 10m 高度层的 2 倍，风能资源非常丰富。风能是一种技术比较成熟、很有开发利用前景的可再生能源之一 [1]。风能的利用方式不仅有风力发电、风力提水，而且还有风力致热、风帆助航等。因此，开发利用风能对世界各国科技工作者具有极强的魅力，从而唤起了世界众多的科学家致力于风能利用方面的讨论。在本文中，将对国内外风力发电技术的现状和进展趋势进行论述。2 风力发电基本知识2.1 风能的计算公式空气运动具有动能。风能是指风所具有的动能。假如风力发电机叶轮的断面积为 A，则当风速为 V 的风流经叶轮时，单位时间风传递给叶轮的风能为 （1）其中：单位时间质量流量 m=ρAV （2）在实际中， （3）式中：PW—每秒空气流过风力发电机叶轮断面面积的风能，即风能功率，W；Cp—叶轮的风能利用系数；m—齿轮箱和传动系统的机械效率，一般为 0.80—0.95，直驱式风力发电机为 1.0；e—发电机效率，一般为 0.70—0.98；—空气密度，kg/m3；A—风力发电机叶轮旋转一周所扫过的面积，m2；V—风速，m/s。 2.2 贝茨（Betz）理论第一个关于风轮的完整理论是由德国哥廷根讨论所的 A·贝茨于 1926 年建立的。贝茨假定风轮是理想的，也就是说没有轮毂，而叶片数是无穷多，并且对通过风轮的气流没有阻力。因此这是一个纯粹的能量转换器。此外还进一步假设气流在整个风...