1.1 風能的開發利用

能源是人類社會存在與發展的物質基礎。過去200多年，建立在煤炭、石油、天然氣等化石燃料基礎上的能源體系，極大地推動了人類社會的發展。然而，人們在物質生活和精神生活不斷提高的同時，也越來越感悟到大規模使用化石燃料所帶來的嚴重后果：資源日益枯竭，環境不斷惡化。因此，人類必須尋求一種新的、清潔、安全、可靠的可持續能源系統。

風能是太陽能的一種轉化形式，是一種不產生任何污染物排放的可再生的自然資源。

風能的開發利用已有數千年歷史。在蒸汽機發明以前，風能就曾作為重要的動力，用于船舶航行、提水飲用、灌溉、排水造田、磨面和鋸木等。在幾千年前，埃及的風帆船就在尼羅河上航行。中國是最早使用帆船和風車的國家之一，至少在3000年前的商代就出現了帆船。

受化石能源資源日趨枯竭、能源供應安全和保護環境等因素的驅動，自20世紀70年代中期以來，世界主要發達國家和一些發展中國家都開始重視風能的開發利用。特別是自20世紀90年代初以來，現代風能最主要的利用形式——風力發電的發展十分迅速，世界風電機裝機容量的年平均增長率超過了30%，從1993年的216萬kW上升到2003年的4030萬kW。

隨著風能這一態勢的發展，世界風電機的裝機容量到2020年預計會達到12.45億kW，發電量占世界電力消費量的12%。因此，風能將是21世紀最有發展前景的綠色能源，是人類社會經濟可持續發展的主要新動力源。把風能轉變為電能是風能利用中最基本的一種方式。風電是最具競爭力、最有發展前景的一項可再生能源技術，將在能源供應中發揮越來越重要的作用。研究風力發電技術將會對我國大型風力發電機組國產化及推動我國風力發電事業的不斷發展有著重要意義。

1.1.1 風能的有關知識

大氣壓差是風產生的根本原因，風是隨時隨地可以產生的，它的方向不定、風力大小不同。在氣象學上，把空氣的不規則運動稱為“紊流”，垂直方向的運動叫做“對流”，所以風特別強調相對于地面水平方向的運動。另外，風速是隨高度的增加而變化的，地面上風速較低的原因是由于地表植物、建筑物以及其他障礙物的摩擦所造成的。風力除具有隨機性及隨高度增加而增大等特性外，其季節性變化的特點也很明顯，日夜變化也有規律，使得風具有周期性、多樣性和復雜性等特性。

以風能為動力的發電設備稱為風力發電機組。從能量轉換的角度來看，風力發電機組包括兩大部分：一部分是風力機，由它將風能轉換為機械能；另一部分是發電機，由它將機械能轉換為電能。裝有兩臺或多臺并網型風力發電機組的發電站稱為風力發電場，通常稱為風電場。

1.1.2 風能的開發利用

能源、環境是當今人類生存和發展所需要解決的緊迫問題，隨著人類社會的不斷進步，能源和環境的作用、地位將越來越突出。常規能源以煤、石油、天然氣為主，然而這些資源儲備有限，而且使用這些資源造成的大氣污染極其嚴重，僅依靠上述能源已不能適應世界人口和經濟持續發展的需要，更無法解決當今世界20億元電人口（世界銀行統計）的用電問題。因此，對可再生能源的開發利用，特別是對風能的開發利用，已受到世界各國的高度重視。

風能是太陽能的一種轉換形式，是取之不盡、用之不竭的，在其轉換為電能的過程中，不產生任何有害氣體和廢料，不污染環境，具有就地取材、不需要運輸等特點，因此受到世界各國政府的廣泛重視。幾乎所有的發達國家均將風能的開發利用列入本國21世紀最重要的任務。中國具有豐富的風能資源，可開發利用的地區占全國總面積的76%，在風場的開發利用、并網型風力發電機組的商業化開發等方面，近十幾年已有長足的發展。經過幾十年的發展，風力發電已成為當今能源中技術上、經濟上最成熟的發電技術。