中国风力发电的发展论文(1)

中国风力发电的发展

摘 要

风能作为可再生能源的重要类别，具有蕴藏量巨大、可再生、分布广、无污染等特点，风力发电已成为世界可再生能源发展的重要方向。

据WWEA统计，2009年全世界累计风电装机容量达到159GW，其中，2009年增加38GW。而在10年前，全球风力发电设置能力只有4GW，目前达到了38GW，相当于近10倍的增长。

世界风能协会预计，全球风能市场将继续快速增长，世界风力发电能力在未来5年内，将增长160%，全球风力发电装机容量将在2014年达到409GW。

本论文从全球视角出发，介绍了风能的作用及优缺点，世界风力发电应用现状与前景，世界各国风力发电应用进展、风力发电设备，中国风力发电的特点及发电状况，风力发电应用进展和展望等内容。

关键词：风能资源分布，清洁能源，风力发电

目录

第一章 绪论············································1

1.1 发展风能的背景···································1

1.2 风能利用的潜力···································1

第二章 风力发电技术概述·································2

2.1 风能 ············································2

2.2 风力发电原理概述·································2

2.3 风力发电的优缺点·································4

第三章 风力发电的历史···································5

第四章 中国风力发电应用进展·····························6

4.1 中国风力发电的进展·······························6

4.1.1 中国各地风能资源分布·························6

4.1.2 中国风力发电的特点···························7

4.2 中国风力发电的规模·······························8

第五章 风能利用的展望···································8

参考文献················································11

致谢····················································12

第一章 绪 论

1.1 发展新能源的背景

目前，生活于地球这颗行星上的人数已超过60亿，到本世纪中期，大有达到百亿之势，维持人类日常生活、文化，需消费大量的能源。但过度的能源消耗在促进人类发展的同时，会使地球环境恶化，甚至成为威胁人类生存的因素。

在20世纪100年间，全世界人口从16.5亿增长了3.7倍，但消费的能源以惊人的速度增长到原来的9倍，由于消耗的大部分能源来自矿物燃料，必然导致CO2排放量增加，因此大气温室效应不断加重。如果21世纪继续维持这种能源消耗增长之势，社会生活大有无法维继的危险。

因此，为了今后人类的可持续发展，由传统的矿物燃料向太阳能、风能之类的绿色可再生能源的转变是能源发展的必然趋势。

联合国副秘书长、联合国环境规划署执行主任阿西姆·施泰纳也表示：“风力发电迅速发展，正在成为实现全球低碳、高效经济的核心技术之一。在哥本哈根达成一个具有雄心的协议，有助于风能在更多国家推广”

1.2 风能利用潜力

提到能源，大家会联想到什么？也许有人会想起初中或高中物理课程中令人头痛的势能、动能、热能等问题；也有人会想起石油危机，脑海中会浮现出抢购卫生纸的情景；也有人会从最近报纸、杂志等刊登的有关温室效应的报道，联想到矿物燃料的埋藏量、太阳能、风能等新能源的有效利用。

风能作为一种重要的可再生能源，是地球上最古老，最重要的能源之一，它具有蕴藏量巨大、可再生、分布广、无污染等特点，风力发电已成为世界可再生能源发展的重要方向。

目前利用风力发电已成为风能利用的主要形式，受到世界各国的高度重视，而且发展速度非常快。

与热力发电设施不同，风力发电不需要冷却水，应用风力发电可使公用系统用水减少17%，相当于不需在建设80GW的新燃煤电厂。风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染；而且从经济的角度讲，风力仪器比太阳能仪器要便宜九成多。

中国风能储量很大，分布面广，甚至比水能还要丰富。合理利用风能既可减少环境污染，又可减轻越来越严重的能源短缺的压力。

第二章 风力发电技术概述

2.1 风能

风能(wind energy)是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量。空气流具有的动能称风能。空气流速越高，动能越大。人们可以用风车把风的动能转化为旋转的动作去推动发电机，以产生电力，方法是透过传动轴，将转子（由以空气动力推动的扇叶组成）的旋转动力传送至发电机。到2008年为止，全世界以风力产生的电力约有 94.1 百万千瓦，供应的电力已超过全世界用量的1%。风能虽然对大多数国家而言还不是主要的能源，但在1999年到2005年之间已经成长了四倍以上。

有效风能密度：为了衡量一个地方风能的大小，评价一地地区的风能潜力，风能密度是直接反映风能丰欠的指标量。风能密度表述气流在单位时间垂直通过单位面积的风能。由于风速是一个随机性很大的量，通常用平均风能密度和有效风能密度来评价一地带的风能潜力。

装机容量指的是一个发电厂或一个区域电网具有的汽(水)轮发电机组总容量，一般以“万千瓦”或“兆瓦（即千千瓦）”为单位，说的是它的发电能力，是功率单位。

2.2 风力发电原理概述

风力发电有3种运行方式，通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力，它用蓄电池蓄能，以保证无风时的用电；二是风力发电与其他发电方式相结合，向一个单位、一个村庄或一个岛屿供电；三是风力发电并入常规电网运行，向大电网提供电力，常常是一处风电场安装几十台甚至几百台风力发电机，这是风力发电的主要发展方向。

风力发电机一般由风轮、发电机、调向器、塔架、限速安全机构和储能装置等构成，风力发电机的工作原理比较简单，风轮在风的作用下旋转，它把风能转变为风轮的机械能，风轮发电机在风轮轴的带动下旋转发电。

图2-1风力发电机

图2-2风力发电原理

2.3 风力发电的优缺点

风能的发展对环境有正面影响和负面影响.未来的发展将依赖于如何使正面影响达到最大,而同时负面影响保持在最低.

优点：

1）风能为洁净的能量来源。

2）风能设施日趋进步，大量生产降低成本，在适当地点，风力发电成本已低于发电机。

3）风能设施多为不立体化设施，可保护陆地和生态。

4）风力发电是可再生能源，很环保。

5)风能发电不会释放二氧化碳,不会带来酸雨,大雾和放射等污染,也不会造成对陆地海水,和水资源的污染.风能的大规模使用可能是减少二氧化碳排放的最经济快速的方法.

缺点：

1）风力发电在生态上的问题是可能干扰鸟类，如美国堪萨斯州的松鸡在风车出现之后已渐渐消失，目前的解决方案是离岸发电，离岸发电价格较高但效率也高；

2）在一些地区，风力发电的经济性不足；许多地区的风力有间歇性，更糟糕的是如台湾等地在电力需求较高的夏季及白日，是风力较少的时间；必须等待压缩空气等储量能技术发展；

3）风力发电需要大量土地兴建风力发电厂，才可以生产比较多的能源；

4）进行风力发电时，风力发电机会发出庞大的噪音，所以要找一些空旷的地方来兴建；

5)风力机引起的电磁干扰,当风力机被放置在一台收音机,电视机或微波收发器之间时,他有时会反射一些电磁射线,其反射波与原信号会混合在一起,到达接收器.这可能造成原信号很大的扭曲.有些风力机使用薄木板做的叶片就可以避免这样的问题,因为薄木板可以吸收的无线电波大于反射的电波.

6）现在风力发电还未成熟，还有相当发展空间；

第三章 风力发电的历史

人类利用风能的历史可以追溯到西元前，但数千年来，风能技术发展缓慢，没有引起人们足够重视，但自1973年世界石油危机以来，在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，风能作为新能源的一部分重新有了长足的发展。风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力，特别是对沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村，边疆，作为解决生产生活能源的一种可靠途径，有着十分重要的意义。

表3-1 2006年世界风电排行榜

到2006年底，用电发展已涵盖世界各大洲，并呈快速增长态势，位居世界前5位电市场的德国、西班牙、美国、印度以及丹麦的风带能装机容量与世界份额呈下滑趋势，由2003年的82%降到2006年的71%，新增份额由79%降至53%。

第四章 中国风力发电应用进展

4.1 中国风力发电的进展

中国风能储备在世界上排名第一，陆上可用风能高达2.5亿kw，海上可利用风能高达7.5亿kw，中国幅员辽阔，陆疆总长达约20000km，还有约18000km的海岸线，边缘海中有岛屿5000多个，风能资源丰富，中国现有风电场地区的年平均风速都达到6m/s以上，实际发利用的风能资源储备量为2.53亿kw，东南沿海及其附近岛屿是风能资源丰富地区有效风能密度大于或等于200w/m2的等线平行于海岸线，沿海岛屿有效风能密度在300w/m2以上，全年中风速大于或等于3m/s的时数为7000-8000h，大于或等于6m/s的时数为4000h；新疆北部、内蒙古、甘肃北部也是中国风能资源丰富的地区，有效风能密度为200-300w/m2，全年中风速大于或等于3m/s的时数为5000h以上，大于或等于6m/s的时数为3000h以上。

4.1.1 中国各地风能资源分布

风能资源潜力的多少，是风能利用的关键。中国地域辽阔，风能资源丰富，特别是东南沿海及其附近岛屿，不仅风能密度大，年平均风速也高，发展风能利用的潜力很大。根据年有效风能密度和年风速大于等于3m/s风的年累计小时数的多少,将全国分为四个区,如下表所示:

表4-1 中国风能资源的区划

我国现在风电厂厂址的年平均风速均达到6m/s以上。一般认为，可将风电场况分为三类:年平均风速6m/s以上时为较好；7m/s以上为好；8m/s以上为很好，我国相当于6m/s以上的地区，在全国范围内仅仅限于较少数几个地带，就内陆而言，大约仅占全国总面积的1/100，这些地区是我国最大的风能资源区以及风能资源丰富区包括:

图4-1我国风能资源分布

1） 内蒙古 内蒙古风能具有分布范围广、稳定性高、连续性好等特点，年可利用时间4400-7800wh，近年来，内蒙古风电产业发展步伐明显加快，风电装机容量于2005年底达17万kw，2006年年底增加到60万kw，2007年增加到165万kw。

2） 新疆 新疆是我国开发风力发电项目最佳地区之一，风力资源占全国陆上风能源总量的37%,仅次于占40%的内蒙古。中国目前已建成的最大风力发电场位于新疆达坂城。

3）宁夏 宁夏是我国能源最丰富的地区之一，全年有效风速的时间为5500-7400h。宁夏发展风力发电还有很多便利条件，首先入网简单，风场不需要很多线路成本，就可以就近入电网，成本低，其次是破坏性风较少；另外，在半荒漠地带建设的风力发电厂，有望成为银川本地一项可开发的旅游资源。

4）甘肃 甘肃是全国是全国风能资源最丰富的地区之一，风能资源理论储量为2.37亿kw。居全国第五位。可开发利用的风能面积为17.66万平方千米，占全国总面积的39%。

5）青海 青海省格尔木是于2008年5月与北京新华能源控股有限公司签订10万kw风力发电项目投资协议，在格尔木市建设2座风力发电厂。

还有黑龙江，辽宁，山东，江苏，重庆，广东，福建，河北等，在上述地区，利用风力发电，以节约能源，改善环境，缓解电力供应紧张状况，具有重要意义。

4.1.2 中国风力发电的特点

风力发电是利用风能来发电，而风力发电机组是将风能转化为电能的机械，在理论上，最好的风轮约60%的风能转化为机械能。现代风力发电机组风轮效率可达40%，在风力发电机组输出达到额定功率之前，其功率与风速的立方成正比，风力发电的突出优点是环境效益好，不排放任何有害气体和废物，风电场虽然占了大片土地，但是风力发电机组基础使用面积很小，农田和牧场的正常生产，同时开发了旅游资源。世界风能协会（WWEA）发布“世界风能报告”指出，2005年以来，风能行业与世界其他工业部门相比，创造了较多就业机会，截至2009年，已有55万人从业于风能行业。

我国发展风力点的特点：在风能资源丰富或较丰富的边远无电，缺电地区，以发展小型或中型独立运行的风电系统（包括风力/柴油联合发电和风/光联合发电等）为主，利用风力发电解决边远地区的生活用电和部分生产用电；在风力资源丰富，电网通达的地区，风力发电则作为一种清洁能源，补充和逐步代替部分常规能源，缓解电力供应紧张的矛盾，提高当地的环境质量，所以应从发展大型电厂为主。

4.2 中国风力发电的规模

风力发电厂是将多台并网型风力发电机安装在风力资源好的场地，按照地形和主要风向排成阵列，组成集群向电网供电，简称风电场。风电场是大规模利用风电的有效方式，于20世纪80年代在美国兴起，我国计划到2010年，并网电装机达500万千瓦，目前，我国的风电装机容量还不到全国总装机容量（4·5亿千瓦）的0·5%，根据我国能源发展规划，我国风电具有大规模的前景和市场需求。风力发电能够成为中国结构的重要组成部分，发展风电有利于调整能源结构。目前，中国的电源结构中75%是煤电，排放污染严重，增加风电等清洁电源比重刻不容缓。尤其在减少二氧化碳等温室气体排放，缓解全球气候变暖方面，风电是有效措施之一。

从长远来看，中国常规能源资源人均拥有量相对较少，为保持经济和社会的可持续发展，必须采取措施解决能源供应。中国风能资源丰富，如果能够充分开发，按目前估计的技术可开发储量计算，用电年发电量可达几万千瓦时。根据官方和专家的推算，中国2020年需要10亿千瓦的发电装机，4千亿千瓦时的发电量，之后如果按照人均2千瓦，达到中等发达国家生活水平的基本要求，在2050年中国需要大约30亿千瓦的发电装机和12万亿时发电量。庞大的装机和发电量需求，给风力发电的发展提供了足够的空间。

第五章 风能利用的展望

至2008年年底，在全球金融危机的大环境下，其他行业的投资都受到了不同程度的影响，风能行业一些新的项目以及风力涡轮和组件的合同实施也有所减缓，但风电市场的投资依然方兴未艾，这主要是由风电自身的发展状况决定的。风电目前在电源结构中的比例不高，其装机不到世界发电装机容量的3%，发电量约1%，潜力巨大；

变速恒频风电机组的开发和商品化，目前，安装在世界各地风电场的风力发电组，绝大多数为恒速运行机组，而采用变速恒频发电系统后，风力机就可以改恒速运行为变速运行，这样就可能使风轮的转速随风速度变化并保持一个恒定的最佳叶尖池，使风力发电机的风能利用系数在额定风速以下的整个运行风速范围内都处于最大值，从而可以恒速运行获取更多的能量，尤其是这种变速机组可适应不同的风速。

1)单机容量增大 随着技术逐渐成熟,多样化的设计概念也逐渐走向统一。由于风力场中所采用的大的涡轮风力机比小的更加经济,因而风力机的容量不断增加。涡轮风力机的容量将继续增大。

2)风力机桨叶的变化 单机容量不断增大,桨叶的长度也不断增长,目前最长的叶片已做到50米。涡轮风力机技术现已成熟,机器的可靠性极高,可利用率通常在98%-99%之间。

3)塔架高度上升 在中小型风电机的设计中,采用了更高的塔架,以捕获更多的风能,在50米高度捕捉的风能要比30米高处多20%。

4)控制技术的发展 近年来发展了一种变速风电机,其取消了沉重的增速齿轮箱,发电机轴直接连接到风力机轴上,转子的转速随风速而改变,其交流电的频率也随之变化。由于他被设计成在几乎所有的风况下都能获得较大的空气动力效率,从而大大的提高了捕捉风能的效率。

5)海上风能发电 海上风电场作为新的大型风力机应用领域而受到重视,由于海上风速较陆上大而且稳定,一般陆上风电场平均设备利用小时数为2000小时,好的为2600小时。在海上则可达到3000小时以上。

总之，风力发电尤其效益上的优势，将首先成为可与常规能源发电相竞争的新能源发电方式，一个大规模开发利用风能的时代，一个利用风力发电造福于人类的时代将会到来！在未来10年，中国有望成为全球领先的开发利用风能的国家。

参考文献

1. 左然,施明恒,王希麟主编《可再生能源概论》,机械工业出版社。

2. 吴志坚主编《新能源和可再生能源的利用》,机械工业出版社。

3. 神奇的科学奥秘编委会编《能源科学的奥秘》,中国社会出版社。

4. 高虹,张爱黎主编《新型能源技术与应用》,国防工业出版社。

5. 钱伯章编《风能技术与应用》，科学出版社。

6. 黄素逸编《能源科学导论》，中国电力出版社。

7. 翟秀静，刘奎仁，韩庆编《新能源技术》，化学工业出版社。

致谢

届时，将近一个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作品过程中遇到无数的困难和障碍，都在老师和同学的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师——范静、闫静老师对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助我进行论文的修改和改进。在学习中，老师严谨的治学态度，丰富渊博的知识，敏锐的学术思维，精益求精的工作态度以及诲人不倦的师者风范是我终生学习的模范，导师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。这三年中还得到众多老师的关心支持和帮助。在此，向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供很多方面的支持与帮助。再此向帮助和指导过我的各位老师表示衷心的感谢！

感谢这篇论文所涉及到的各位学者，本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。

感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我很多素材，还在论文撰写和排版过程中提供热情的帮助。

最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评价和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/5f3c09b727284b73f24250da.html