半岛体育app文章编号：1009-1831（2009）02-0077-04 中图分类号：F416.61；TM614 文献标志码：E 国外风力发电机的现状及前景展望 赵 炜，李 涛 （昆明理工大学 机电工程学院，昆明 650093） The status and prospect of wind turbine generator at aboard ZHAO Wei，LI Tao （Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China） 风能是一种清洁的可再生能源，风力发电逐渐 成为世界各国重点发展的能源之一，风力发电机的 制造业也随之成为新兴的制造产业。风力发电机 制造业的发展势必拉动诸如大型锥钢管、钢板等冶 金行业、发电机制造、电器控制、液压机械、增强塑 料、复合材料等行业的发展；势必拓宽微机在风力 发电机控制方面的应用和发展。 1 大型风力发电机 1.1 丹麦大型风力发电机 现代风力发电机起源于 19 世纪末期的丹麦，丹 麦人首先发明了第一台风力发电机。在 1900—1960 年期间，丹麦研究制造出 10～200 kW 的各种类型的 风力发电机，有些大型风力发电机和电力系统并 网，其中以丹麦人盖瑟（Gedser）研制的 200 kW 风力 机最为出色，设计者采用异步发电机、定桨距风轮 和叶片端部带有制动的翼片，这种结构方式后来成 为丹麦风电机组的主流。美国在 1941 年设计制造 了 1 250 kW 风力发电机，风轮直径为 53.3 m，安装在 佛蒙特州，于同年 10 月作为常规电站并入电网，后因 一个叶片在 1945 年 3 月脱落而停止运行。另外，法 国和前苏联也研制过百千瓦级的机组。这期间，由 于风力发电机运行不够稳定，容易出现故障及事故， 这一新生事物并未在全世界受到人们的关注。 1973 年发生石油危机以后，美国、西欧等发达 国家为寻求替代矿物燃料的能源，投入大量经费， 动员高科技产业，利用计算机技术、空气动力学、结 构力学和材料科学等领域的新技术研制现代风力 发电机组，取得了巨大进展，从而开创了风能利用 的新时期。1987 年美国研制出单机容量为 3.2 MW 的水平轴风力发电机组，风轮直径约为 100 m，塔高 为 80 m，安装在夏威夷的瓦胡岛；1987 年加拿大研 制出单机容量为 4.0 MW 的垂直轴达里厄型风力发 电机组，安装于魁北克省，不过这些巨型机组因故 障维修困难 ，经 费难以维持 ，未 能发展成商业机 收稿日期：2008-10-27；修回日期：2008-11-24 组。到 20 世纪 90 年代，单机容量为 100～200 kW 的 机组已在中型和大型风电场中成为主导机型，其后 发展到 300 kW、500 kW、600 kW 和 750 kW 机型。 当前，风力发电机组的技术正沿着增大单机容 量、减轻每单位容量的自重、提高转换效率的方向 发展。从全球来看，2004 年以来兆瓦级风力发电机 己经成为商业化机组的主流，1 MW 以上的风力发 电机已占到新增装机容量的 74.9%，是 2000 年的 2 倍，其中德国的瑞普尔（Repower）公司研制了 5 MW 的风力发电机，其风力机风轮直径达 125 m。尽管 目前国际上主流的风电机组已达到 2~3 MW，但每 个国家和地区的情况不同，有的地区由于运输和物 流等原因不适合采用大型风力发电机。在美国，风 力发电机的平均容量仍维持在 1.3 MW 左右，印度也 很少使用高端的兆瓦级的风力发电机。 目前世界最大的风机生产商是丹麦的维斯塔 斯（Vestas），其他比较重要的生产商是西班牙的歌 美飒（Gamesa）、美国的通用电气（GE wind）、印度的 苏司兰（Suzlon）和德国的意耐康（Enercon）。 丹麦的维斯塔斯是全球领先的风电解决方案 供应商，拥有全球市场 23%的份额和 35 500 台的总 装机数量。在五大洲 63 个国家共安装了 35 500 余 台风电机。核心业务包括风力发电系统的开发、 生产、销售、市场营销和维护。产品形成千瓦级、 1.65 MW 级、2.0 MW 级、3.0 MW 级等多个系列。 2007 年英国独立报将维斯塔斯公司列为“世界 最绿色公司指南”第一名。维斯塔斯公司产品的 80%可回收循环再利用，其生产过程中能耗的 68% 来自可再生能源。用一台风机 6~8 个月生产的能源 就可以回收该风机的整个成本，包括制造、运输和 最终拆除的费用。图 1 为丹麦维斯塔斯 V90/3.0 MW 级风力发电机。 1.2 美国通用电气公司风力发电机 美国 GE 风能公司占据全球风电机组市场份额 第二。自从通用电气公司 2002 年进入风电市场， GE 风能公司快速发展成为全球领先的风能企业 和 风机制造商。 在 2008 年 6 月第五届亚洲风能 Vol.11，No.2 Mar.，2009 POWER DSM 77 图 1 丹麦维斯塔斯V90/3.0 MW级风力发电机 大会暨国际风能设备展览会上，GE 展出了包括其 1.5 MW 风机在内的先进技术与绿色能源理念。GE 的 1.5 MW 风机在世界风能产业中应用广泛，目前共 有 8 500 台机器在包括中国在内的世界各地运转。 最近，GE 的 1.5 MW 风机组的运营服务时间超过了 11 500 万 h，打破了单型号风机服务时间的行业纪 录，成为最为可靠的风机之一。 2006 年 3 月 ，美 国 能 源 部（U.S.Department of Energy）和 GE 签订了 2 700 万美元的合同，设计下一 代海上大型风力发电机。这种风机的额定功率确 定为 5~7 MW，并尽力优化使它的能耗最小，这将使 它成为世界上最强有力的风机。这个合同也将提 升美国的风能潜力。风机的研制工作主要在 GE 的 全 球 研 发 中 心 进 行 ，位 于 纽 约 州 的 尼 斯 卡 于 纳 （Niskayuna，N.Y.）。联邦能源部的官员称，该风机 的研发能降低风力发电的成本，估计可从原来的 9.5 美分/kWh，约降低为 5 美分/kWh。美国通用电气公 司海上风力发电机如图 2 所示。 1.3 德国风力发电机 德国意耐康（Enercon）公司是一个总部位于德 国的私人企业，在马格德堡、德国、瑞典、巴西、印度 和土耳其设有生产车间。成立于 1984 年，被誉为风 能产业研究和发展的助推先锋力量。它作为全球 研制兆瓦级风力发电机的领先企业，目前已安装了 超过 11 000 个风力发电机，售出的风力机具有高产 能、运行维护成本低的特点，且质量保证 10 年。目 前该公司是德国最大的风电产业生产商，拥有全世 界风能行业中约 40%的专利技术。1991 年，公司开 发了世界上首个无齿轮风能系统，1993 年，开始大 规模制造无齿轮风力发电机并制定了能源输出、可 靠性和服务寿命等方面的新标准。为了确保在风 电机领域技术、质量和安全性的领先地位，叶轮等 所有的主要构件都自行研发、生产。目前的单机容 量 为 330 kW～6 MW，机 型 有 E-33，E-48，E-70， E-112 等，是生产变速风电机最多的公司。其中单 机功率最大的风力发电机其型号为 E-112/E-126， 目前已经达到了 6 MW。在零部件方面，Enercon 公 司目前叶片的产量是德国第一，世界前三，其风机叶 片 100%自给。公司强项为直驱风机。图 3、图 4 分 别为德国Enercon E-112 型和E-126 型风力发电机。 图 3 德国Enercon E-112 型风力发电机 图 4 德国Enercon E-126 型风力发电机 图 2 美国GE的海上风力发电机 2006 年挪威可再生能源展览会上，Enercon 展 出了 E-112 的改进型 E-126 风力机，样机于 2007 年 安装。相比于 E-112，E-126 拥有更大的旋转直径， 更高的轮毂和改进的叶片设计，该机型将比 E-112 更加经济。 1.4 印度风力发电机情况 印度苏司兰（Suzlon）能源有限公司是一家从事 风能技术开发设计、风力发电设备生产、风力发电 厂设计建造及技术咨询服务的综合性跨国公司，现 在中国、美国、印度与比利时设有生产基地。公司 整体生产能力为 2 700 MW，并且于 2007 年 1 月提升 到 4 200 MW。作为印度最大的风电设备制造公司， 78 电力需求侧管理 第 11 卷第 2 期 2009 年 3 月 拥有全球 5％和亚洲地区 30％的市场份额，风力涡 轮发电机年产能达到 1 500 MW，位居全球风力发电 企业第五位，是世界上利用风能技术发展最快的公 司之一。作为印度的一家本土风电企业，苏司兰已 成为印度最大的风电机组制造商。 2 小型风力发电机 在风能领域，国际风力发电机组的发展，一方 面越来越趋于大型化，风机单机容量不断增大；另 一方面，也有部分厂商却着眼于小型风力发电机的 开发。由于小型风力发电机多为民用，具有尺寸 小、安装使用方便、成本低、效率高等特点，因此适 用于各种地域和气候环境。 近年来，美国、英国、日本、韩国等国家都已推 出相应的产品。巧合的是，小型风机多为垂直轴。 结合垂直轴的优点，如垂直轴风力发电机具有启动 风速较低，噪音小，便于安装维修等优点，这种巧合 也非偶然。 （1）来自日本经济新闻社的报道，日本神钢发 电机公司开发了一种家用风力发电机，该风力发电 机采用垂直轴风车叶片，而不是普通的螺旋桨叶 片。可以利用来自各个方向的风，具有风切音（风 切音可以描述为耳朵感受到的压力）较小的优点， 由于采用了静音设计，因而也可用于住宅密集区。 该垂直轴风机为了能在 2 m/s 的风速下发电，在 使用低阻力轴承以减小机械损耗的同时，叶片材料 采用铝合金以减轻重量。同时该风车通过自行开发 产品部件及减少使用部件的数量，降低了价格，适 于家庭使用。神钢发电机公司根据风车直径及高 度的不同，共推出 4 款产品，价格为 20 万日元/台～ 30 万 日 元/台（约 合 人 民 币 1.33 万 元/台 ～2 万 元/ 台）。除家庭外，这种小型风力发电机还可用于学 校等公共设施。图 5 为日本神钢发电机公司开发的 家用风力发电机。 图 5 日本神钢发电机公司开发出家用风力发电机 （2）英国 Quietrevolution 公司制造的一种新型 垂直风力发电机 QR5，适用于风速较低，风向变化频 繁的地区。QR5 已经获得英国贸易工业部（DTI） “低碳建筑物项目”的认可，并获得专利保护。第一 台风机在 2007 年 11 月在温布尔登的 Kings 大学内 安装。图 6 为英国 Quietrevolution 公司 QR5 v1.2 型 风力发电机。 图 6 英国Quietrevolution公司QR5v1.2 型风力发电机 风力机主体设计成熟，高 5 m，直径 3.1 m，风速 范围为 4~16 m/s，集成了多种形式的结构。3 个 S 形 螺旋状叶片的设计可以在获取风能的同时消除噪 音和震动。只有一个可移动部件，且密封性良好， 更易于日常维护。叶片、支撑杆、转矩管都采用高 强度的碳纤维，直驱式内嵌发电机安装于支撑杆 中，具有自动关闭和电力高峰跟踪的功能。 （3）韩国 IR windpower 公司于 2006 年底注册成 立，2007 年 4 月注册涡轮风力发电机专利。与韩国 首尔产业大学共同合作开发中小型风力发电系统 与 10 MW 级风力发电系统。现在形成生活型风力 发电机，中小型风力发电系统（1 kW、3 kW、5 kW、 10 kW），大型风力发电系统（3 MW、10 MW）等系列 产品。以额定功率为 1 kW 的小型风力发电机为例， 据介绍它的启动风速为 0.8 m/s，额定风速为 10 m/s， 转轮直径 2.8 m，转轮高 2 m。它采用高强度、轻量材 料以及柔韧的构造设计，可以克服雷击，并且具有 应对低风速性好，分件结构容易维修，低噪音发电 等特点。该公司的小型风力发电系统的应用之一 就是涡轮风力发电路灯，是以自然风为动力发电， 并利用储存在蓄电池的电根据光照度自动点亮的 路灯，有效发电风速为 3 m/s。图 7 为韩国 IR 公司垂 直轴涡轮风力发电路灯。 3 结束语 可以看出，目前国际上大型风力发电机组正向 Vol.11，No.2 Mar.，2009 POWER DSM 79 将会向大型化，并网发电的方向发展。 随着技术的发展以及机器规模的增大，风力发 电的成本将持续减少。在过去 30 年里，风力发电成 本从 0.8 美元/kWh 降至 0.4 美元/kWh。风力发电与 以煤为燃料的新建电厂相比，已具备竞争力。技术 的进一步改进将使风力发电成本再降低 30%。随着 在经济方面的吸引力越来越突出，风能利用已成为 一个很有前途的行业。D 参考文献： 图 7 韩国IR公司垂直轴涡轮风力发电路灯 着增大单机容量、减轻每单位容量的自重、提高转 换效率的方向发展。而小型风力发电机也越来越 贴近民用，努力降低成本，减小噪音，提高效率。在 小型发电机的研发上，许多厂商更加偏爱垂直轴风 机，也是一种趋势。可以预见，垂直轴风力发电机 ［1］ 刘竹青. 风能利用技术［M］. 北京：中国农业科学技术 出版社，2006. ［2］ 国家发展和改革委员会. 国际可再生能源现状与展望 ［M］. 北京：中国环境科学出版社，2007. ［3］ 王承喣，张源. 风力发电［M］. 北京：中国电力出版社， 2003. ［4］ 杨慧杰，杨文通. 小型垂直轴风力发电机在国外的新发 展［J］. 电力需求侧管理，2007，9（2）：68-70. （本栏责任编辑 孙 晶） （上接第 65 页） （3）加强优质服务及安全宣传工作力度 为明确责任，便于受灾安置群众紧急处理用 电安全隐患及事故，公布安置点供电企业安全责 任联系人和社区管电人员名单及移动通信联系 方式。 制作发放宣传资料，引导安置群众规范用电， 避免使用大功率电器，以保证受灾群众能得到基本 的取暖保障。充分利用广播、电视、乡镇电影放映 等方式，开展集中宣传活动，大力宣传安全用电常 识，增强过渡安置房入住居民的自我防范和自我保 护意识。 （4）提高安置点用电服务响应级别 各单位 95598、营业窗口提高了安置点用电服 务诉求的响应级别，纳入绿色通道。由班长座席、 客户服务主管等予以处理，优先安排故障抢修和咨 询查询服务。 2.3 集中安置点安全用电服务技术措施 （1）开展安置点迎峰度冬安全用电隐患排查 结合安全隐患排查治理专项行动，对安置点 迎峰度冬安全用电隐患进行排查，重点是安全用 电责任书签订和落实情况、社区电工配置和培训 情况、安置点用电负荷配置和三级漏电保护是否 达到标准要求、是否存在使用大功率电器的现状 和风险等。 （2）确保灾民在冬季“不断电、不出事” 由援助单位督查各安置点供电单位落实迎峰 度冬期间各项保障安置点可靠供电和安全用电服 务措施的情况，协助开展安全用电服务宣传工作、 隐患排查整治工作。 （3）主动开展低压配电设施的完善工作 各安置点安全隐患主要是安置点内低压配电 设施建设标准与国家规定不一致，部份安置点不具 备三级漏电保护，甚至上百户（包括公共厨房）才配 备一个空气开关，隐患极其严重。为避免停电事故 扩大，造成灾民聚集等优质服务事件的发生，四川 省电力公司与政府部门衔接，积极争取相关部门出 资安排改造。资金安排困难的地区，采取供电企业 垫支等方式，完善安置点内部低压配电设施及保护 装置，对没有实现配备三级漏电保护开关的安置点 全部配置到位，对用电矛盾突出的安置点低压配电 线）开展安置点迎峰度冬应急处置演练 为提高应对能力，各电业局开展了灾民安置 点迎峰度冬紧急事故处理演练。 从安置点用电 安全事故的发现、上报、事故紧急处理、善后工作、 客户服务跟进、舆论媒体应对、宣传报道等几个方 面进行演练，以提高紧急状态下的响应速度、服务 水平。 （5）对安置房电费处理的建议 政府可将电网公司随销售电量代征的城市公 用附加电费用于支付将地震中形成的呆坏账和灾 民安置中形成的欠费。建议使用救灾专用资金解 决灾民安置中形成的欠费。D 本期英文编辑 孙 晶 美术编辑 孙 晶 总校对 徐文红 80 电力需求侧管理 第 11 卷第 2 期 2009 年 3 月

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