风力机风力发电

太阳对大气层的不均匀照射和地球表面吸热能力的不同，在大气层中引起冷热空气的强烈对流而形成风。风的动能与风速的三次方成正比。设想始于1890年丹麦的一项风力发电计划。到1918年，丹麦已拥有风力发电机120台，额定功率为5~25千瓦不等。

第一次世界大战后，制造飞机螺旋桨的先进技术和近代气体动力学理论，为风轮叶片的设计创造了条件，于是出现了现代高速风力机。在第二次世界大战前后，由于能源需求量大，欧洲一些国家和美国相继建造了一批大型风力发电机。1941年，美国建造了一台双叶片、风轮直径达53.3米的风力发电机，当风速为13.4米/秒时输出功率达1250千瓦。英国在50年代建造了三台功率为100千瓦的风力发电机。其中一台结构颇为独特，它由一个26米高的空心塔和一个直径24.4米的翼尖开孔的风轮组成。风轮转动时造成的压力差迫使空气从塔底部的通气孔进入塔内，穿过塔中的空气涡轮再从翼尖通气孔溢出。法国在50年代末到60年代中期相继建造了三台功率分别为1000千瓦和800千瓦的大型风力发电机。现代的风力机具有增强的抗风暴能力;风轮叶片广泛采用轻质材料;运用近代航空气体动力学成就，使风能利用系数提高到0.45左右;用微处理机控制，使风力机保持在最佳运行状态:发展了风力机阵列系统;风轮结构形式多样化。法国人在20年代发明的垂直轴风轮在淹没了半个多世纪之后，已成为最有希望的风力机型之一。这种结构有多种形式，它具有运转速度高、效率高和传动机构简单等优点，但需用辅助装置起动。人们还提出了许多新的设想，如旋涡集能式风力机，据估计这种系统的单机功率将100~1000倍于常规风力机。风力发电虽然已经经历了一个多世纪发展，但从最初的技术到现在为有本质的改进，成本和火电虽然接近，但是它的建造环境要求以及对于自然环境的影响已然体现(最近美国加利福尼亚因为风力发电机的噪声和对鸟类的危害，停止了4000台风力发电机的运行)，另外，某些科学家指出，在同一地区大量采用超大型水平轴风力发电机还可能会对当地的季风流动产生影响。当一个国家或地区容量达到一定时候(20%以上)，分布地区的限制还会导致电网的不稳定，如果采用辅助设备来调节，那么它的成本显然会直线上升!

中国利用风车的历史至少不晚于13世纪中叶，曾建造了各种形式的简易风车碾米磨面、提水灌溉和制盐。直到20世纪50年代仍可见到"走马灯"式风车。虽然我们在替代能源研究这方面遇到了很大的困难，但可喜的是，最近国外一家新能源权威杂志报道，英国一家公司和美国GE都提出了一项计划，开展一项新型风力发电机的研究，它是垂直轴风力发电机形式，单台功率可达到10-60MW级，该设备将不产生噪音和对季风风向改变等影响，旋转速度将大幅放慢，对鸟类几乎不受影响。它的发电成本是火力发电的一半左右，风力发电场的设置地点不再要求苛刻，实现了低风速启动发电。它的设置地点灵活、成本低，使区域性调节电力输出成为了可能。这项研究计划地展开，将为我们打开能源时代的新篇章，为地球未来能源发展勾画了蓝图!作为这项划时代的研究课题，中国也加入了这一竞争领域，并且在技术研究上进入了冲刺阶段，有望在2008年初成功研制出世界上首套系统，在第三次工业革命前进浪潮中，将首次出现中国的身影!随着社会的发展，能源革命已经不可避免的到来。

一般说来，凡在气流中能产生不对称力的物理构形都能成为风能接收装置，它以旋转、平移或摆动运动而发出机械功。风力机大都按风能接收装置的结构形式和空间布置来分类，一般分为水平轴结构和垂直轴结构两类。以风轮作为风能接收装置的常规风力机为例，按风轮转轴相对于气流的方向可分为水平轴风轮式(转轴平行于气流方向)、侧风水平轴风轮式(转轴平行于地面、垂直于气流方向)和垂直轴风轮式(转轴同时垂直于地面和气流方向)。广义风力机还包括那些利用风力产生平移运动的装置，如风帆船和中国古代的加帆手推车等。但无论何种类型的风力机，都是由风能接收装置、控制机构、传动和支承部件等组成的。近代风力机还包括发电、蓄能等配套系统。

风车最早出现在波斯，起初是立轴翼板式风车，后又发明了水平轴风车。风车传入欧洲后，15世纪在欧洲已得到广泛应用。荷兰、比利时等国为排水建造了功率达66千瓦以上的风车。18世纪末期以来，随着工业技术的发展，风车的结构和性能都有了很大提高，已能采用手控和机械式自控机构改变叶片桨距来调节风轮转速。

相当大程度上取决于安装地点的风力状态，通过气象测量可得到安装地点的一条风速持续曲线。输出功率随风速增高逐渐增大，当风速持续增高时，通过调节叶片桨距或其他方法可使功率输出稳定在额定值。世界上已有数万台风力机在运行，作为辅助能源正在发挥这巨大的作用。但风力机仍存在若干不足之处，首先是能量输出不稳定，特别是大型风力机的利用率低，作为独立能源的条件还不具备;其次，风力机的安全可靠性尚无充分保障;另外，风力机的成本在短期内尚不足以与矿物燃料相竞争。但是，随着人类对能源需求量的日益增多和科学技术的发展，上述问题终会得到解决。

近年来，风电市场发展迅速。在国家政策支持和能源供应紧张的背景下，中国的风电特别是风电设备制造业也迅速崛起，已经成为全球风电最为活跃的场所。2006年全球风电资金中9%投向了中国，总额达16.2亿欧元(约162.7亿元人民币)。2007年，中国风电装机容量已排名世界第五。

中国巨大的风电市场以及廉价的劳动力成本，吸引了大量国外风电巨头纷纷在中国设厂，或采取与国内企业合资的方式，生产的产品都被贴上了中国制造的标签。中国制造的风电设备产品占据越来越大的市场份额，风机产品正在经历一个由全球制造向中国制造的转变。

由于风电属于新能源范畴，无论是成本还是技术同传统的火电、水电相比还有较大的差距，因而风电的快速发展需要国家政策的大力扶持。纵观风电发展迅速的国家如德国、西班牙、印度，无一例外地都给予风电产业巨大的政策优惠。中国对风电的政策支持由来已久，力度也越来越大，政策支持的对象也由过去的注重发电转向了注重扶持国内风电设备制造。国家的政策支持将是风电设备制造业迅猛发展的根本保障，随着中国国产风机设备的自主制造能力不断加强，国家的政策支持力度也将越来越大，风电设备制造业面临难得的历史发展机遇。

中国正逢风电发展的大好时机，风电设备市场需求增加。另外，除了风电设备整机需求不断增加之外，叶片、齿轮箱、大型轴承、电控等风电设备零部件的供给能力仍不能完全满足需求，市场增长潜力巨大。因此中国风电设备制造业景气持续。