1.2 風力發電發展概況

1.2.1 風力發電的歷史

風能利用是將風的動能轉換成其他可利用的能量形式。人類利用風能的歷史悠久，最早的利用方式是“風帆行舟”。幾千年前，古埃及人的風帆船就在尼羅河上航行；中國商代便出現帆船，15世紀中葉，明朝的航海家鄭和使用帆船七下西洋。在蒸汽機出現以前，風力機械是人類的主要動力來源之一。風車使用的起源可追溯到3000年前，其用途主要是提水、鋸木和推磨等，歐洲一些國家至今仍然保留著許多風車。隨著化石能源的開采及利用，尤其是火力發電技術的大規模應用，風能作為動力逐漸退出歷史舞臺。

風力發電有兩種方式：①小型離網型風力發電機組，即單臺獨立運行，可為蓄電池充電，再通過逆變器轉換成交流電向終端用戶供電，通常單機容量較小，主要用于解決用電不方便的小社區的用電問題，如海島、人煙稀少的牧區等；②并網型風力發電機組，與電網并聯運行，是目前大規模使用的風力發電方式，機組單機容量多在兆瓦級以上，如我國目前陸上風力發電機組以單機容量1.5MW和2MW最為普遍，同時單機容量有增大的趨勢。

風力發電的歷史起于19世紀晚期。1887年年底，美國人Charles F.Brush研制出功率12kW直流風力發電機組，用來給家里的蓄電池充電。該機組風輪直徑17m，安裝了144個葉片，運行了近20年。

丹麥物理學家Poul La Cour根據其風洞試驗研究結果，發現葉片數少、轉速高的風輪更具有高效率，提出了“快速風輪”的概念，即葉尖轉速高于風速，并于1891年建造了具有現代意義的風力發電機組，功率30kW，輸出直流電，用于制氫，供附近小學的汽燈照明，運行至1902年。

1919年，德國科學家Albert Betz提出了“貝茨理論”，指出風能的最大利用率為59.3%，奠定了現代風電機組空氣動力學設計的基礎。

1925年，芬蘭工程師Sigurd Savonius發明了一種阻力型垂直軸風力發電機組類型，稱為“Savonius”機組；1931年，法國工程師Georges Darrieus發明了另一種升力型垂直軸風力發電機組，稱為“Darrieus（達爾厄）機組”。

美國工程師Palmer Cosslet Putnam首先提出風電并網的設想，并與S.Morgan Smith公司合作，于1941年制造出風電發展史上單機容量1250kW的超大型Smith-Putam風力發電機組，并實現并網發電。該機組兩葉片，風輪直徑53.3m，塔架高度32.6m，每個葉片重量達到8t。但在當時技術條件下，該機組只運行了4年，就發生了葉片折斷事故。

1942年，德國人Ulrich H uetter提出“葉素動量理論”，1957年建成了單機容量100kW的W-34型風電機組。該機組兩葉片，風輪直徑34m，葉片用優化的細長結構。1956年，丹麥人Johannes Juul建造了單機容量200kW的三葉片風力發電機組Gedser，并實現并網發電，運行至1967年。該機組采用固定葉片，風輪定速旋轉，異步發電機發電，被稱為“丹麥概念的風力發電機組”。這兩臺風電機組的許多設計思想和試驗數據對后來的現代大型風電機組的設計產生了重要影響。

1973年石油危機后，西方各國政府為尋求替代化石燃料的能源，促進了對風力發電的重視，開創了風能利用的新時期，開始建造了一系列示范試驗機組。1981年，美國建造并試驗了單機容量3MW的新型水平軸風力發電機組，該機組利用液壓偏航對風。

進入20世紀90年代，環境污染和氣候變化引起人們注意，在歐洲，如丹麥、德國、西班牙，風力發電開始了商業規模化并網運行。目前，商業化運行的風力發電機組實現了變槳距、變速調節運行，風力發電機組也由陸地走向了海上。

1.2.2 我國風力發電的發展

我國現代風力發電機組開發利用起源于20世紀70年代，當時設計的55kW以下的小型離網型風力發電機組，解決了邊遠用戶的用電問題。20世紀80年代后，我國開始研究并網型風力發電機組。1986年，中國第一個風電場在山東榮成并網發電，3臺單機容量55kW的風力發電機組由丹麥引進，同年，比利時政府贈送的4臺單機容量200kW的風力發電機組建成了平潭示范風電場。20世紀90年代，我國已基本掌握單機容量200～600kW的大型風力發電機組制造技術。進入21世紀，在世界范圍內，能源和環境問題突出，我國風力發電逐漸進入高速發展時期。

2003年以后，我國風力發電進入了快速發展時期。2006年頒布《中華人民共和國可再生能源法》后，更加促進了我國風電市場的發展。2006年，我國風電累計裝機容量已經達到2600M W，在世界上成為發展風力發電的主要市場之一，是全世界第6大市場。2007年我國風電產業規模延續爆發式增長態勢。2009年我國成為第一大風電裝機市場，新增裝機容量13750M W，累計裝機容量達到25800M W，超過德國，位列全球第二，兆瓦級風力發電機組占據市場的主導。自2009年以來，我國風電市場在經歷多年的快速增長后步入穩健發展期，2013年全國風電新增裝機容量16089M W，累計裝機容量達到91413M W。據世界風能協會統計，2013年，全球風電裝機容量為318G W，中國風電裝機容量在全球遙遙領先，達到91.4G W，遠高于美國（61.1G W）和德國（34.2G W）。截至2014年6月，中國風電累計裝機容量已接近100GW。