1.2 风力发电发展概况

1.2.1 风力发电的历史

风能利用是将风的动能转换成其他可利用的能量形式。人类利用风能的历史悠久，最早的利用方式是“风帆行舟”。几千年前，古埃及人的风帆船就在尼罗河上航行；中国商代便出现帆船，15世纪中叶，明朝的航海家郑和使用帆船七下西洋。在蒸汽机出现以前，风力机械是人类的主要动力来源之一。风车使用的起源可追溯到3000年前，其用途主要是提水、锯木和推磨等，欧洲一些国家至今仍然保留着许多风车。随着化石能源的开采及利用，尤其是火力发电技术的大规模应用，风能作为动力逐渐退出历史舞台。

风力发电有两种方式：①小型离网型风力发电机组，即单台独立运行，可为蓄电池充电，再通过逆变器转换成交流电向终端用户供电，通常单机容量较小，主要用于解决用电不方便的小社区的用电问题，如海岛、人烟稀少的牧区等；②并网型风力发电机组，与电网并联运行，是目前大规模使用的风力发电方式，机组单机容量多在兆瓦级以上，如我国目前陆上风力发电机组以单机容量1.5MW和2MW最为普遍，同时单机容量有增大的趋势。

风力发电的历史起于19世纪晚期。1887年年底，美国人Charles F.Brush研制出功率12kW直流风力发电机组，用来给家里的蓄电池充电。该机组风轮直径17m，安装了144个叶片，运行了近20年。

丹麦物理学家Poul La Cour根据其风洞试验研究结果，发现叶片数少、转速高的风轮更具有高效率，提出了“快速风轮”的概念，即叶尖转速高于风速，并于1891年建造了具有现代意义的风力发电机组，功率30kW，输出直流电，用于制氢，供附近小学的汽灯照明，运行至1902年。

1919年，德国科学家Albert Betz提出了“贝茨理论”，指出风能的最大利用率为59.3%，奠定了现代风电机组空气动力学设计的基础。

1925年，芬兰工程师Sigurd Savonius发明了一种阻力型垂直轴风力发电机组类型，称为“Savonius”机组；1931年，法国工程师Georges Darrieus发明了另一种升力型垂直轴风力发电机组，称为“Darrieus（达尔厄）机组”。

美国工程师Palmer Cosslet Putnam首先提出风电并网的设想，并与S.Morgan Smith公司合作，于1941年制造出风电发展史上单机容量1250kW的超大型Smith-Putam风力发电机组，并实现并网发电。该机组两叶片，风轮直径53.3m，塔架高度32.6m，每个叶片重量达到8t。但在当时技术条件下，该机组只运行了4年，就发生了叶片折断事故。

1942年，德国人Ulrich H uetter提出“叶素动量理论”，1957年建成了单机容量100kW的W-34型风电机组。该机组两叶片，风轮直径34m，叶片用优化的细长结构。1956年，丹麦人Johannes Juul建造了单机容量200kW的三叶片风力发电机组Gedser，并实现并网发电，运行至1967年。该机组采用固定叶片，风轮定速旋转，异步发电机发电，被称为“丹麦概念的风力发电机组”。这两台风电机组的许多设计思想和试验数据对后来的现代大型风电机组的设计产生了重要影响。

1973年石油危机后，西方各国政府为寻求替代化石燃料的能源，促进了对风力发电的重视，开创了风能利用的新时期，开始建造了一系列示范试验机组。1981年，美国建造并试验了单机容量3MW的新型水平轴风力发电机组，该机组利用液压偏航对风。

进入20世纪90年代，环境污染和气候变化引起人们注意，在欧洲，如丹麦、德国、西班牙，风力发电开始了商业规模化并网运行。目前，商业化运行的风力发电机组实现了变桨距、变速调节运行，风力发电机组也由陆地走向了海上。

1.2.2 我国风力发电的发展

我国现代风力发电机组开发利用起源于20世纪70年代，当时设计的55kW以下的小型离网型风力发电机组，解决了边远用户的用电问题。20世纪80年代后，我国开始研究并网型风力发电机组。1986年，中国第一个风电场在山东荣成并网发电，3台单机容量55kW的风力发电机组由丹麦引进，同年，比利时政府赠送的4台单机容量200kW的风力发电机组建成了平潭示范风电场。20世纪90年代，我国已基本掌握单机容量200～600kW的大型风力发电机组制造技术。进入21世纪，在世界范围内，能源和环境问题突出，我国风力发电逐渐进入高速发展时期。

2003年以后，我国风力发电进入了快速发展时期。2006年颁布《中华人民共和国可再生能源法》后，更加促进了我国风电市场的发展。2006年，我国风电累计装机容量已经达到2600M W，在世界上成为发展风力发电的主要市场之一，是全世界第6大市场。2007年我国风电产业规模延续爆发式增长态势。2009年我国成为第一大风电装机市场，新增装机容量13750M W，累计装机容量达到25800M W，超过德国，位列全球第二，兆瓦级风力发电机组占据市场的主导。自2009年以来，我国风电市场在经历多年的快速增长后步入稳健发展期，2013年全国风电新增装机容量16089M W，累计装机容量达到91413M W。据世界风能协会统计，2013年，全球风电装机容量为318G W，中国风电装机容量在全球遥遥领先，达到91.4G W，远高于美国（61.1G W）和德国（34.2G W）。截至2014年6月，中国风电累计装机容量已接近100GW。