风力发电在基站上的解决方案

第一篇：风力发电在基站上的解决方案

风力发电在基站上的解决方案（含方案）请内行人指教

第 1 章

风力发电系统介绍1.1 概述

太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。它是地球其他能源的源泉。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又

无需运输，对环境无任何污染。

风能是太阳光能在地球表面的一种表现形式，由于地球表面的不同形态对太阳光照的吸热系数不同，在地球表面形成温差，从而引起大气对流运动产生了风能。风能是取之不竭用之不尽的一种能源。根据2002年国家权威机构出具的气象气候资料表明，我国陆地风能可利用量2.3亿千瓦时，海洋风能可利用量7.5亿千瓦时（距地十米高度），合计风能可利用量达到近十亿千瓦时。

1.2风光互补发电系统应用

人类对太阳能的利用有着悠久的历史。我国早在两千多年前的战国时期就知道利用铁制四面镜聚焦太阳光来取火；利用太阳来干燥农副产品。发展到现代，太阳能的利用已日益广泛，它包括太阳能的光热利用，太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。

风能是人类最早利用的能源之一，广泛应用于风力提水灌溉、磨面、帆船等领域。随着国际工业化的进程，环境污染日益严重。常规能源资源面临枯竭的危机。现代新能源和可再生能源的发展成为世界各国的挑战！清洁的风能资源有了更广泛的发展领域。

目前，在欧洲、日本、美国等发达国家正在普及风力供电、光伏供电以及风光互补供电系统。风力供电系统是风能利用中最重要而又普遍的方式。它广泛应用于高原、牧区、偏僻山区等远离大电网、居住分散的地区。边疆哨所、移动基站、自然保护区、海上油田、路灯系统等领域把风力发电系统作为首选资源。

1.3基站风光互补发电系统应用背 现行基站存在的问题

和需要解决的问题：

通电盲区：

随着通信行业的迅猛发展,人们对通信特别是移动通信的要求越来越高,其中对于网络覆盖的深度和广度尤为迫切。但是全国乃至全球的电网覆盖远远达不到“在任何时间任何地方”为通信设备提供可靠、稳定、小型、高效的电力支撑这四点要求。由于在现今竞争激烈的通信运营商之间,网络覆盖面积、投资运营成本等都已经纳入精细化管理之中了，通信已经普及了城乡之间，然而中国面前还有很多的乡村，至今是还是通电困难，这就给通信行业带来了一定的供电问题。在中国面前还有省的偏于啊地区没有通电，尤其是西、西南、东北等地。

在通信日益发达的今天,随着通信覆盖面的扩展,很多通信站远离常规电网,新建通信站往往要延伸电网或就地发电。电网延伸代价很高,甚至是不可实现的。国际油价节节攀升、运输困难,还经常受到气候等条件的制约。在负荷小的情况下,柴油发电效率非常低,同时,柴油机需要很好的保养。用光电作为基站电源电力明显不足,光电一次性投入高,且冬天的效果非常差。很多通讯站位置都具有海拔高和地势较开阔的特点,往往拥有非常好的风力资源。而在中国大多数地方风力资源都比较丰富。加上小型风力发电机运输，安装方便，比较适合偏远地区，山区，海岛。

电网电压波动

由于通信行业的80%以上基站建设在乡村，而多数乡村电网管理人员，电工，技工等基本技能不能和市县相比，在负载的分配问题上不能做到分布均匀多数采用的大概评估，因此多数情况下电网的三相会不平衡，三相不平衡对基站的电源造成直接影响，这个影响直接和通信设备的通信质量相关，在农村尤其是播种，收个季节电网会出现较大的电压波动，过大的电压波动会引起，交直流配电单元频繁动作，交直流的频繁直接影响着通信设备的正常运转。

风力发电不存在电网波动的给基站供电设备带来影响，风力发电机发出的电通过经过控制器之后直接给蓄电池充电，在由蓄电池给通信设备供电，（通过逆变器给基站空调）这样不会和第三方用电设备相关，风力发电本是一个独立的供电系统，因此不管是在农村，郊区等，均不会电网的影响。

雷击破坏 通过我们和别的省份运营商沟通了解发电基站雷击一般情况如下：

（1）遭雷击的基站多数位于山上或郊外，采用架空供电线路将市电引入机房时，供电电压波动范围较大。

（2）基站损坏最多的是防雷器件

（3）基站的整流电源模块、空调、环境监控系统也有不同的雷击损坏情况（4）模块式避雷器采用相—地和零—地0个相同模块的安装方式，在相线电压异常升高时导致防雷模块损坏

（5）由于供电电压波动幅度过大，长时间超过防雷器件的导通电压，导致防雷模块在尚未遭受雷击的情况下即已损坏。

风力发电在雷击问题上的不会出现以上问题，首先风力发电不需要架空线，其次风力发电机本身就是铁壳，塔价和地基都是直接和大地想连接，因为塔价截面面积比较大，一次风机本体的接地电阻相当小，同时风力发会通过控制器，控制器里会有防雷避雷装置，来保护后面的设备。在传统的市电供电中由于电网的波动和相线不平衡也会一起避雷器模块损坏，但是风力发电机发出的电三相一直都是平衡的。

基站供电线路遭受破坏

基站的供电线路破坏有两种情况: 一种是无意破坏，例如土建施工、城乡道路铺设，民房建设都曾出现过基站的供电中断，第二种是认为破坏，由于目前基站供电多数是采用的电缆供电，在一些山区由于架空比较困难，采用地面铺设，地面铺设电缆，会有部分不法分子，盗窃电缆的现象，在一些偏远的地区，基站距离市电超过3KM 一般会增加一个变压器，而变压器多为铜线绕制而成，因此变压器也成为不法分子的盗窃的目标。

风力发电机 一般都是安装基站较近的地方，电缆的铺设距离相当短，这样就不会存在由于施工等因素造成的基站突然供电中断。在我们接触的几个省，在偏远的地区基站的供电设备（供电电缆、变压器等）均出现盗窃现象，盗窃分子主要是看重了供电线路采用的是铜线，还有变压器均为价格昂贵的金属，风力发电由于没有长距离供电所以不会出现偷盗供电这个隐患，风力发电机组本体是无法偷盗的。基站每年都需要对线路进行维护。

基站蓄电池的维护

在乡村由于条件的限制多数的基站采用一路供电，一旦发生基站出现市电断电现象，立即有蓄电池给通信设备供电，但是如果遇到基站不能及时修复市电供电，一般都是采用柴油机供电，但是由于柴油机比较重 路途也比较远，同时运输也是一个比较大的问题，如果出现大面积的停电，很多基站无法使用，会给代维公司带来比较大的麻烦，一般代维公司，通信运营商很难在很短的时间内把柴油机运到基站，同时柴油的价格也一直在飙升，给基站的运行也增加不少的成本，一些在山上，和农田的基站一旦市电出现故障，基本上无法及时给基站供电，这样蓄电池就一直深度放电，蓄电池的深度放电会直接影响蓄电池的寿命，蓄电池本身的价格就比较贵，这样就基站的成本大大增加。

我们公司在对蓄电池这一块采用多种方式充电，同时对基站的蓄电池做了大量的充放电实验，我们公司的控制器不光是对风机的控制还对蓄电池经行控制管理，不会让蓄电池出现过充和过放现象，由于采用了风力发电，每一天都会有风，在蓄电池一旦出现快要放电到我们的一个设定值，只要有风风力发电就是及时对蓄电池经行充电，而传统的市电无法做到这一点。一旦传统的基站出现大面积的断电，根本无法及时供电，如果是柴油机给基站供电，那就运维部门提出了极高的要求。柴油机的数量，人员的派遣，柴油机的运输等等，都是一个比较大的工作量。

现在一般的基站建设当中，除了市电以外，还有柴油发电机，但是由于地理位置和自然条件的限制实际上在基站运行当中是很不现实的。也有很多采用光柴混合使用的基站，缺点：光伏组件价格昂贵，使用范围狭窄。我公司为通信网络畅通推出了全面的、绿色环保节能的、稳定可靠的电力供应解决方案－风光互补发电系统。

统计资料显示，平均每个风光互补型的供电基站功耗为500多瓦，每年的耗电量是四千多度电，加上不用空调省下的费用，比常规基站节约将近一万多度电。按照每节约1度电，相当于节省0.5千克煤的能耗和4升水，同时节省了1千克二氧化碳和0.03千克二氧化硫的排放量。同时节约了后期的电的使用，就是用电这一块的电费等等的维护成本。

节能减排已经是一个人们口头的话题，在全国各地均可见政府对节能减排的正对性措施。去年中国移动组织开了一个风光互补在基站上应用的研讨会，对全国的8个省进行试点，其中包括四川、湖南、甘肃、黑龙江等省份，面前本公司已经与四川、湖南、甘肃、上海、江苏等省份的通信运营商合作做了多个风力发电基站。一致得到运营商的好评。由于这次四川的汶川大地震给全国人民带来了灾难，在地震发生后的当天，国务院就提出两点，第一是救人，第二则是回复通信，可见通信行业在人们生活中的重要性，地震是几千个基站陷入瘫痪，供电线路完全遭到了破坏，如果重现铺设供电系统，是一个非常艰难，和需要很长的一段时间，上海致远在第一时间向四处灾区捐赠了多套风力发电供电系统，一个基站如果通过风力发电供电系统，恢复供电需要的时间只要10天左右，从时间上看比铺设电缆，通过电线杆架空线相比时间大大的缩短。

小型风力发电的在通信行业的可行性研究

2.1 有利的自然条件

(1)小型风力发电机不受与风力无关的自然条件的限制,比如:白天或是黑夜,阴雨或是晴朗,寒冷与炎热等。虽然小型风力发电机受天气与风力地域分布的影响较大,但是小型风力发电机对于太阳能电池和市电有极大的互补性:一般太阳能电池不能工作的阴雨天气都会伴有大风,同时也是市电电网最容易出故障的时候。

(2)建设与投入使用非常灵活快捷。无论什么地域只要风力资源充足就“立竿见影”。我国探明风能理论储量为32.26亿千瓦,居世界首位,陆上可开发利用为2.53亿千瓦,近海可利用风能7.5亿千瓦。中国的风能资源丰富区主要集中在两个带状地区,一条是“三北”(东北、华北、西北)地区,终年在高空西风带控制之下,且又是冷空气侵入我国的必经之地,从新疆到东北,是我国连成一片的最大风能资源带。面积大、交通方便、地势较平坦,风速随高度增加很快,这是欧洲地区没法比的,年发电等效小时数一般为2 700 小时,新疆等一些地方可以达到3 200 小时。另一条是“沿海及其岛屿丰富带”,其风能功率密度线平行于海岸线。这些地区每年可利用风能的有效小时数约在7 000～8000 小时;沿海夏秋还有热带气旋的影响,每当台风登陆可产生一次大风过程,是风机满负荷发电的一次机会。运行中不受市电电网故障的影响,并且相对太阳能发电来说初期投资要少得多。

2.2 切实可行的技术条件和现实条件

(1)现今的通信与自动化技术在传输与控制方面都是非常成熟的技术。现有的通信运营传输设备与资源冗余很大,有现成的传输通道可以利用,成本几乎可以不计。

(2)“三遥系统”有现成的厂家提供或在现有的基站环境监控系统上扩展功能即可,至于交直流远程遥控开关与可编程智能控制系统在现有的高频开关电源的基础上进行有针对性的改造即可。

(3)小型风力发电机的安装视功率大小可以直接安装到通信发射塔上,这样又可以进一步节约成本。技术要求

要求所使用的小型风力发电机容量在125 千瓦左右。具体容量选型应是基站容量的121.5倍。在质量方面必须有较高的质量保证,使用寿命应在10 年以上,主要部件要保证能够免维护运行5 年以上,而且对于风速的使用范围要广,能够适应高寒、高温、高湿等恶劣的自然条件!其次必须增加一套简单有效的远程监控系统和相应的一组可以进行远程遥控的电源转换开关!必须达到远程遥感、遥测、遥控(三遥)能力,以便可以对基站的各种设备包括小型风力发电机运行情况进行实时监控。在必要的情况下在远程对市电、太阳能电池、小型风力发电机、蓄电池等设备的供电电源之间做远程电力切换以及在用电设备之间做交、直流

切换,即:将小型风力发电机的电能分别切换到蓄电池、空调、整流柜、UPS 等设备,在此基础上可以使用控制系统完成主要工作。小型风力发电机在现今的通信网络电源中应该扬长避短,其最佳应用方向首先应该是移动通信网的边际网站房。因为边际网站房主要是“微蜂窝”、“直放站”,一方面,这些设备的功率小,网络要完全覆盖所需要的设备数量很大;另一方面,边际网站房大多分布在西北、东北、沿海岛屿等边远地区的农牧区,以及无市电或市电供应质量很差但风力资源较丰富的山区、海岛。这些地区经济受交通、通信的限制相对落后,对通信的需求很迫切但对通信质量的要求不是很高。随着小型风力发电机和通信技术的成熟,可以考虑将其应用在风力资源较丰富的城市郊区。供电实现方式

通信用小型风力发电机的实现方式有如下几钟：

(1)小型风力发电机+ 太阳能发电+ 两组蓄电池无市电的组合。白天日照正常时太阳能电池组给设备供电并给电池充电,同时小型风力发电机在有风时带动空调运行。夜间和阴天有风时小型风力发电机给所有设备供电,风小时仅给设备或电池供电。夜间和阴天并且风较小或无风时间由电池供电。这样相对于以太阳能为主,蓄电池和柴油发电机组作为备用电源的

无人站,对于太阳能电池与蓄电池的冗余容量要求小得多,在投资与维护成本上更小。

(2)小型风力发电机+ 两组蓄电池无市电的供电组合,主要用于高山顶以微波为传输的直放站和微蜂窝。这些地方风力资源较丰富,这样做投资少,建设周期短,见效快。一般这里用户少,基本无固定用户,所以对于信号要求不高,完全可以操作。

(3)市电+ 小型风力发电机+ 两组蓄电池的供电组合。这是主要应用模式,因为我国疆域辽阔,大部分的山区,农牧区以及海岛市电都是小水电站,其为四类市电,经常昼夜停电,供电无保证,功率小、受季节影响大,有季节性长时间停电或无市电可用现象。目前这些地方大多数以市电+ 两组蓄电池的供电组合模式,电池由于经常反复充放电导致电池使用寿命大大缩短较长时间停电时用柴油机发电浪费了巨大的人力与物力,增加了维护成本,这种模式已经不能满足要求。而增加小型风力发电机不但可以降低维护费用,在风资源相对较好的地区使用,可以节省用电费用并且降低基站断站率。综合考虑,增加小型风力发电机所需要的成本远小于维护的费用以及因停电造成网络中断的损失!增加小型风力发电机与相应的“三遥系统”后可以在有市电时用小型风力发电机带动空调或换气扇运行以达到节电目的。在市电不稳或长时间停电时,视风力大小给设备和电池供电或给两组蓄电池轮流充电以保障设备的正常运行。

(4)在风力资源较丰富的市区,在现有的供电设备基础上安装垂直轴小型风力发电机(因为它的噪音小),在风力稳定时独自为设备供电以节约电能,风力不足时自动切换到电池,将市电作为备用电源。

如图上贴所示，风力发电机系统是由风力发电机组、智能控制器、蓄电池组、逆变器等组成。风力发电机将风能首先转换为交流电能，在通过控制器整流转换成直流电能，光伏组件将光能转化为不稳定的直流电能，将直流电能输送至蓄电池组和基站设备。蓄电池组用以

存储电能，在无风阴雨时为基站设备等负载供电。柴油机作为辅助或后备电源，确保基站设备正常工作。

2.5基于基站的风光互补发电系统优点

我公司是国内唯一一家通过国家专业检测机构认证的、可提供全系列永磁风力发电组的企业。我公司是唯一一家有能力做基站风光互补

发电系统成套设备的企业。其主要特点有：

1． 风力发电机组具有自动偏侧、风叶失速、电磁制动等多重保护，安全可靠。

2.具有电池控制管理，即过压、欠压、过载等保护功能，运行稳定。

3． 整机结构简单，安装方便。

4.经济效益明显，无需铺设输电线路，绿色环保。5.可与基站柴油发电机和现有设备无缝连接。

6.对于不同基站，可优化配置不同容量的风力发电机组和光伏组件。

7．无污染，噪音低、使用寿命长。

案例介绍

3章 XXXX新建基站项目设计方案 3.1项目概述：

3.1.1项目名称：XXXX基站项目 3.1.2负载设备运行情况及客户需求 基站设备：额定工作电压：DC48V 最大负载功率：400W 工作时间：24小时连续工作 3.1.3 当地天气情况

年平均风速4.2m/s

日平均光照时间2.7h/d 3.2项目设计参考标准

《风力发电机组 第1部分 通用技术条件》GB/T 19960.12005 《小型风力发电机技术条件》GB 10760.1-1989 《离网型用户风光互补发电系统》GB/T 19115.1-2003 《风力发电机组用逆变器 技术条件》JB/T 10405-2004 《风力发电机组 塔架》GB/T 19072-2003 《离网型风力发电机组用控制器技术条件》JB/T 6939.1-2004 《移动电站通用技术条件》GB/T 2819-1995 《电工电子产品环境试验 第2部分 试验方法》GB/T 2423-2001 3.3系统方案 3.3.1负载评估 基站负载每天用电量

W ＝P H ＝400*24＝9600（wh）＝9.6度 所需每天发电量为 W=1.3W =1.3*9.6=12.48度 3.3.2 天气评估

年平均风速4.2m/s，属于风能资源丰富区； 日平均光照时间2.7h/d。

初步可以确定风光互补发电系统以风力发电机为主，光伏组件为辅。3.3.3系统组成

图2 新建移动基站风光互补供电系统 说明： 风力发电机组－－将风能转为直流电 2 光伏组件――将太阳能转为直流电 3 蓄电池――储存电能 4 柴油发电机――后备电源 控制器――保证风光互补系统输出的直流电压稳定 逆变器――将直流电转为交流电，供给基站中的交流用电设备使用

3.3.4设备选型及说明

 风力发电机

a）FD4-2/9型风力发电机输出功率曲线：

图3 2kW功率曲线 b）性能参数： 叶片数（片）启动风速（m/s）额定风速（m/s）工作风速范围（m/s）

3-25 额定输出电压（V）

DC48 抗大风能力（m/s）

额定功率（kW）最大输出功率（kW）保护方式

侧偏＋失速

发电机形式

永磁低速三相交流发电机 整机重量（kg）

190

根据风力发电机功率曲线（图3），在4.2m/s风速下，发电机输出功率为200W。风力发电机每天发电量为： W ＝P H =200*24＝4800wh＝4.8度

从上面两副图中可以看出，年平均风速在3.9m/s并不是风力发电机年输出功率的最大点，而是在风速7m/s附近达到了309kWh。因为发电机的输出功率是和风速的立次方成正比，所以，风力发电机真正发电量是在年平均风速下发电量的1.2-1.5倍。即：

＝1.4*4.8＝6.72（度）

风力发电机的台数为：n＝W/ W =12.48/6.72=1.86 选择2台2kW风力发电机组。

 光伏组件

光伏组件是整个系统的补充电源，有光无风时由光伏组件供电。我们配置风力发电机总功率和光伏组件总功率比例取4:1。即光伏组件的总功率为：P ＝0.25 ＝0.25*4＝1（kWp）

 蓄电池

蓄电池起到稳压并储存能量的重要作用。无风阴雨天气时，蓄电池输出能量，保证基站设备工作正常。蓄电池的优化配置公式为：

蓄电池串联节数＝系统直流电压/蓄电池电压 并联数＝

蓄电池数＝并联数×串联节数 自主天数：连续无风阴雨天数

系统电压为DC48V，蓄电池放电深度为0.5，负载一天用电量为9600wh。自主天数取3天。我们取蓄电池电压12V，单个容量200Ah。蓄电池串联节数：

蓄电池串联节数＝系统直流电压/蓄电池电压＝48/12＝4节 串联节数为4节 并联数＝

＝ ＝6 并联节数为6节 蓄电池总数为：

蓄电池总数＝并联数×串联数＝6*4＝24节

 控制器 控制器技术参数要求：

风力发电机输入功率：6kW

光伏组件输入功率为：1kW 控制器输入电压：DC36V-DC72V 控制器输出电压：DC43V-DC56V 根据参数要求，选择我公司专为基站设计的ZK48-06型风光互补控制器。ZK48-06风光互补控制器特点： 1.风光两用

控制器可以接入多台风力发电机和光伏组件。充分利用自然资源。2.指示直观、操作方便 人性化设计，操作方便、安全。3.具有蓄电池防反接功能

当蓄电池/光伏组件出现反接情况时，控制器自动切断和蓄电池的连接，保证整个系统的安全。4.手动制动功能

当出现大风情况或者检修期间，手动制动风力发电机系统。保证系统和人身安全。5.蓄电池充放电管理

过压时，控制器自动卸荷；欠压时，控制器自动切断负载，延长蓄电池使用寿命。6.模块化设计

控制器采用模块化设计，易于检修和维护。7.微电脑芯片控制，控制精确 8.温度补偿功能

 塔架

本机标准配置斜拉绳的塔架，根据客户的使用环境建议塔架采用斜拉杆塔架。

3.3.5 系统详细配置

设备名称

规格型号

数量

备注 风力发电机(2kW)

FD4－2/9

48V 光伏组件

TPM-100SM 100W

控制器

ZK48-06

蓄电池

12V 200Ah

塔架

8m

推荐斜拉索形式 附件

配套的电线、电缆、安装 工具等

3.3.5

方案说明：

此方案是专门为新建基站设计的方案，从系统框图中看到，它省略了开关电源和交流配电屏，直接给基站通讯设备提供电能。提高了系统效率和安全可靠性，同时节约了基站投资成本。

此方案充分考虑整个系统的稳定性和安全性，对整个系统采取最优化设计。对于大型基站，还可以与柴油发电机等辅助电源实现无缝连接。

第二篇：风力发电考试

1.电力系统：用于生产，传输，交换，分配，消耗电能的系统：

一次部分：用于能量生产，传输，交换，分配，消耗的部分

二次部分：对一次部分进行检测，监视，控制和保护的部分

2.风电场和常规电厂的区别：单机容量小；电能生产比较分散，发电机数目多；输出的电压等级低；类型多样化；功率输出特性复杂；并网需要电力电子换流设备

3.风电厂电气一次系统组成：风电机组；集电系统；升压站；厂用电系统。

4．变压器铜损：铜导线存在着电阻，电流流过消耗一定功率，变为热量

变压器铁损：铁心中的磁滞损耗和涡流损耗

5.常用的开关电器：断路器（切断电路），隔离开关（在电气设备和熔断器间形成明显的电压断开点，运行方式改变时倒闸操作），熔断丝（有故障电流时断开电路），接触器（电路正常开合闸，无法断开故障电路）。

6.集肤效应：靠近导体表面处的电流密度大于导体内部电流密度的现象。随电流频率升高，集肤效应使导体的电阻增大，电感减小！

7.电流互感器：串接一次系统，将大电流变为小电流

二次开路后果：出现的高压电危机人身及设备安全；铁心中产生大量剩磁；长时间作用铁心过热

8.电压互感器作用:并接一次系统，将高电压变成低电压

二次侧短路：引起很大短路电流，造成互感器烧毁

9.电气设备选择的技术条件：按照正常工作状态选择；按照短路状态校验；电气选择的环境因素；环境保护

10.电流继电器和电压继电器有何作用？他们如何接入电气一次系统?

电流继电器反应一次回路中的电流越限，用于二次系统的保护回路，用以启动时间继电器的动作或直接触发断路器分闸。

电流继电器用于继电保护装置中的过电压保护或欠电压闭锁

11.配电装置的最小净距：无论在正常最高工作电压或出现内，外部过电压时，都不至使空气间隙被击穿。

12.A,B,C,D,E类安全净距的具体含义

A1：带电部分至接地部分之间的最小安全净距

A2：不同相的带电导体之间

B1：带电部分至栅状遮栏间的距离和可移动设备在移动中至带电裸导体间的距离 B2：带电部分至网状遮栏

C：无遮拦裸导体至地面

D：停电检修的平行无遮栏

E：屋内配电装置通向屋外的出线套管中心线

12.雷电类型：直击雷；感应雷；球星雷。

13.雷电防护：避雷针，避雷线，避雷器，避雷带和避雷网，接地装置

14.风电场防雷性能衡量标准：耐雷水平，雷击跳闸率

15.变流系统的功能，电力变换，控制功率，控制转矩，调节功率因素

第三篇：风力发电报告

国内外风力发电技术 的现状与发展趋势

风能是一种可再生的清洁能源。近30年来，国际上在风能的利用方面，无论是理论研究还是应用研究都取得了重大进步。风力发电技术日臻完善，并网型风力发电机单机额定功率最大已经到5MW，叶轮直径达到126m。截止2005年世界装机容量已达58,982MW，风力发电量占全球电量的1%。中国成为亚洲风电产业发展的主要推动者之一，其总装机容量居世界第8位，2005年新增装机容量居世界第6位。今后，国内外风力发电技术和产业的发展速度将明显加快。引

言

风是最常见的自然现象之一，是太阳对地球表面不均衡加热而引起的“空气流动”，流动空气具有的动能称之为风能。因此，风能是一种广义的太阳能。据世界气象组织（WMO）和中国气象局气象科学研究院分析，地球上可利用的风能资源为200亿kW，是地球上可利用水能的20倍。中国陆地10m高度层可利用的风能为2.53亿kW，海上可利用的风能是陆地上的3倍，50m高度层可利用的风能是10m高度层的2倍，风能资源非常丰富。

风能是一种技术比较成熟、很有开发利用前景的可再生能源之一[1]。风能的利用方式不仅有风力发电、风力提水，而且还有风力致热、风帆助航等。因此，开发利用风能对世界各国科技工作者具有极强的魅力，从而唤起了世界众多的科学家致力于风能利用方面的研究。在本文中，将对国内外风力发电技术的现状和发展趋势进行论述。风力发电基本知识

2.1 风能的计算公式

空气运动具有动能。风能是指风所具有的动能。如果风力发电机叶轮的断面积为A，则当风速为V的风流经叶轮时，单位时间风传递给叶轮的风能为

（1）

其中：单位时间质量流量m=ρAV

（2）

在实际中，式中：

PW—每秒空气流过风力发电机叶轮断面面积的风能，即风能功率，W；

（3）Cp—叶轮的风能利用系数；

m—齿轮箱和传动系统的机械效率，一般为0.80—0.95，直驱式风力发电机为1.0； e—发电机效率，一般为0.70—0.98； —空气密度，kg/m3；

A—风力发电机叶轮旋转一周所扫过的面积，m2； V—风速，m/s。

2.2 贝茨（Betz）理论

第一个关于风轮的完整理论是由德国哥廷根研究所的A·贝茨于1926年建立的。

贝茨假定风轮是理想的，也就是说没有轮毂，而叶片数是无穷多，并且对通过风轮的气流没有阻力。因此这是一个纯粹的能量转换器。此外还进一步假设气流在整个风轮扫掠面上的气流是均匀的，气流速度的方向无论在风轮前后还是通过时都是沿着风轮轴线的。

通过分析一个放置在移动空气中的“理想”风轮得出风轮所能产生的最大功率为

—空气密度，kg/m3；

（4）

式中：Pmax—风轮所能产生的最大功率；

A—风力发电机叶轮旋转一周所扫过的面积，m2； V—风速，m/s。

这个表达式称为贝茨公式。其假定条件是风速与风轮轴方向一致并在整个风轮扫掠面上是均匀的[2]。将(4)式除以气流通过扫掠面A时风所具有的动能，可推得风力机的理论最大效率

（5）

(5)式即为有名的贝兹（Betz）理论的极限值。它说明，风力机从自然风中所能索取的能量是有限的，其功率损失部分可以解释为留在尾流中的旋转动能。

能量的转换将导致功率的下降，它随所采用的风力机和发电机的型式而异，因此，风力机的实际风能利用系数Cp<0.593[3]。

2.3 温度、大气压力和空气密度

通过温度计和气压计测试出实验地点的环境温度和大气压，由下式计算出空气密度。

（6）

式中：ρ—空气密度，kg/m3； h—当地大气压力，Pa； t—温度，℃。

从空气密度公式可以看出，空气密度的大小与大气压力、温度有关。

2.4 风力机的主要组成

1)小型风力发电机

小型水平轴风力机主要组成部分有：风轮、发电机、塔架、调向机构、蓄能系统、逆变器等。（1）风轮 风轮是风力机从风中吸收能量的部件，其作用是把空气流动的动能转变为风轮旋转的机械能。水平轴风力发电机的风轮是由1~3个叶片组成的。叶片的结构形式多样，材料因风力机型号和功率大小而定，如木心外蒙玻璃钢叶片、玻璃纤维增强塑料树脂叶片等。

（2）发电机

在风力发电机中，已采用的发电机有3种，即直流发电机、同步交流发电机和异步交流发电机。小型风力发电机多采用同步或异步交流发电机，发出的交流电通过整流装置转换成直流电。

（3）塔架

塔架用于支撑 发电机和调向机构等。因风速随离地面的高度增加而增加，塔架越高，风轮单位面积捕捉的风能越多，但造价、安装费等也随之加大。

（4）调向机构

垂直轴风力机可接受任何方向吹来的风，因此不需要调向机构。对于水平轴风力机，为了得到最高的风能利用效率，应用风轮的旋转面经常对准风向，需要对风装置。常用的调向机构主要有尾舵、舵轮、电动对风装置。

（5）限速机构

当风速高于风力机的设计风速时，为了防止叶片损坏，需要对风轮转速进行控制。（6）贮能装置

贮能装置对独立运行的小型风力机是十分重要的。其贮能方式有热能贮能、化学能贮存。（7）逆变器

用于将直流电转换为交流电，以满足交流电气设备用电的要求。2)大型风力发电机

大型风力发电机组由两大部分组成：气动机械部分和电气部分。气动机械部分包括风轮、低速轴、增速齿轮箱、高速轴，其功能是驱动发电机转子，将风能转换为机械能。电气部分包括异步发电机、电力电子变频器、变压器和电网，其功能是将机械能转换为频率恒定的电能。近年来，又研制成功了直驱式变速恒频风力发电机组（无增速齿轮箱）。风力机与风力发电技术

3.1 风力机与风力发电技术的发展史

风能，是人类最早使用的能源之一。远在公元前2000年，埃及、波斯等国已出现帆船和风磨，中世纪荷兰与美国已有用于排灌的水平轴风车。我国是世界上最早利用风能的国家之一，早在距今1800年前，我国就有风力提水的记载。1890年丹麦的P·拉库尔研制成功了风力发电机，1908年丹麦已建成几百个小型风力发电站。自二十世纪初至二十世纪六十年代末，一些国家对风能资源的开发，尚处于小规模的利用阶段[4]。

随着大型水电、火电机组的采用和电力系统的发展，1970年以前研制的中、大型风力发电机组因造价高和可靠性差而逐渐被淘汰，到二十世纪六十年代末相继都停止了运转。这一阶段的试验研究表明，这些中、大型机组一般在技术上还是可行的，它为二十世纪七十年代后期的大发展奠定了基础。

1980年以来，国际上风力发电机技术日益走向商业化。主要机组容量有300kW、600kW、750kW、850kW、1MW、2MW。1991年丹麦在Vindeby建成了世界上第一个海上风电场，由11台丹麦Bonus 450kW单机组成，总装机4.95MW。随后荷兰、瑞典、英国相继建成了自己的海上风电场。

目前，已经备离岸风力发电设备商业生产能力的厂家，主要有丹麦的Vestas（包括被其整合的NEG-Micon），美国的GE风能，德国的Nordex、Repower、Pfleiderer/Prokon、Bonus和德国著名的Enercon公司。单机额定功率覆盖范围从2MW、2.3MW、3.6MW、4.2MW、4.5MW到5MW。叶轮直径从80m、82.4m、100m、110m、114m、116m到126m。

3.2 风力机的种类

风力发电机是把风能转换为电能的装置，鉴于风力发电机种类繁多，因此分类法也是多种。按叶片数量分，单叶片，双叶片，三叶片，四叶片和多叶片；按主轴与地面的相对位置分，水平轴、垂直轴(立轴)式；按桨叶工作原理分，升力型、阻力型。目前风力发电机三叶片水平轴类型居多。

水平轴风力机，风轮的旋转轴与风向平行，如图1所示；垂直轴风力机，风轮的旋转轴垂直于地面或气流方向，如图2所示。国内外风力发电的现状

4.1 世界风力发电的现状

目前，中、大型风力发电机组已在世界上40多个国家陆地和近海并网运行，风电增长率比其它电源增长率高的趋势仍然继续。如表1所示，截止2005年12月31日世界装机容量已达58,982MW，年装机容量为11,310MW，增长率为24%；风力发电量占全球电量的1%，部分国家及地区已达20%甚至更多。2005年世界风电累计装机容量最多的十个国家见表2，前十名合计51750.9MW，约占世界总装机容量的87.7%。

2005年国际风电市场份额的分布多样化进程呈持续发展趋势：有11个国家的装机容量已高于1,000MW，其中7个欧洲国家（德国、西班牙、意大利、丹麦、英国、荷兰、葡萄牙），3个亚洲国家（印度、中国、日本），还有美国。亚洲正成为发展全球风电的新生力量，其增长率为48%[5]。

2002年欧洲风能协会（EWEA）与绿色和平组织（Greenpeace International）发表了一份标题为“风力 12（Wind Force 12）”的报告，勾画了风电在2020年达到世界电量12%的蓝图。报告声明这份文件不是预测，而是从世界风能资源、世界电力需求的增长和电网容量、风电市场发展趋势和潜在的增长率、与核电和大水电等其他电源技术发展历程的比较以及减排CO2等温室气体的要求，论证了风电达到世界电量12%的可能性。报告还指出中国2020年风电装机有可能达到1.7亿千瓦[6]、[7]。

国内风力发电的现状

根据国家气象科学院的估算[8]，我国陆地地面10米高度层风能的理论可开发量为32亿kW，实际可开发量为2.53亿kW。海上风能可开发量是陆地风能储量的3倍。内蒙古 实际可开发量

0.618亿kW 西藏

实际可开发量

0.408亿kW 新疆

实际可开发量

0.343亿kW 青海

实际可开发量

0.242亿kW 黑龙江

实际可开发量

0.172亿kW

2005年中国除台湾省外新增风电机组592台，装机容量50.3万kW。与2004年当年新增装机19.8万kW相比，2005年当年新增装机增长率为254%。

截至2005年底，中国除台湾省外累计风电机组1864台，装机容量126.6万kW，风电场62个。分布在15个省（市、自治区、特别行政区），它们按装机容量排序如表3所示。与2004年累计装机76.4万kW相比，2005年累计装机增长率为65.6%。2005年风电上网电量约15.3亿kW.h[9]。

中国“十一五”国家科技支撑计划重大项目“大功率风电机组研制与示范”支持1.5~2.5MW、2.5MW以上双馈式变速恒频风电机组的研制；1.5~2.5MW、2.5MW以上直驱式变速恒频风电机组的研制；1.5MW以上风电机组叶片、齿轮箱、双馈式发电机、直驱式永磁发电机的研制及产业化；1.5MW以上双馈式风电机组控制系统及变流器、直驱式风电机组控制系统及变流器的研制及产业化；近海风电场建设关键技术的研究；近海风电机组安装及维护专用设备的研制；大型风电机组相关标准制定及风电技术发展分析等16个课题的研究[10]。“十一五”末，我国风电技术的自主研发能力将接近世界前沿水平。

4.3小型风力发电机

4.3.1小型风力发电机行业现状

作为农村可再生能源主要支柱之一的小型风力发电行业在2005得到长足的发展，从事小型风电产业的开发、研制、生产单位达到70家。据23个生产企业报表统计，2005年共生产30kW以下独立运行的小型风力发电机组共33,253台，比上年增长34.4%，其中200W、300W、500W机组共生产24,123台，占全年总产量的72.5%；15个单位共出口小型风力发电机组5,884台，比上年增长40.7%，创汇282.7万美元，主要出口到菲律宾、越南等24个国家和地区。并且，由于汽油、柴油、煤油价格飞涨，且供应渠道不畅通，内陆、江湖、渔船、边防哨所、部队、气象站和微波站等使用柴油发电机的用户逐步改用风力发电机或风光互补发电系统。

4.3.2 小型风力发电机行业发展趋势

1)由于广大农牧民生活水平提高、用电量不断增加，因此小型风力发电机组单机功率在继续提高，50W机组不再生产，100W、150W机组产量逐年下降，而200W、300W、500W和1kW机组逐年增加，占总年产量的80%。

2)由于广大农民迫切希望不间断用电，因此“风光互补发电系统”的推广应用明显加快，并向多台组合式发展，成为今后一段时间的发展方向。

3)随着国家《可再生能源法》及《可再生能源产业指导目录》的制定，相继还会有多种配套措施及税收优惠扶植政策出台，必将提高生产企业的生产积极性，促进产业发展。

4)目前我国尚有2.8万个村、700万户、2,800万人口没有用上电，且分散居住在边远山区、农牧区、常规电网很难达到，有关专家分析700万无电用户中、300万户可用微水电解决用电，而400万户可以用小型风力发电或风光互补发电，满足农牧民用电需要[11]。4.3.3浓缩风能型风力发电机

浓缩风能型风力发电机由内蒙古农业大学新能源技术研究所研制，已获得中国实用新型专利（专利号：ZL94244155.9）。该型风电机组将稀薄的风能经浓缩风能装置加速、整流和均匀化后驱动叶轮旋转发电，从而提高了风能的能流密度，降低了自然风的湍流度，改善了风能的不稳定等弱点，提高了风能品位，降低了风电度电成本。该风力发电机具有的切入风速低、发电量大、噪音低、安全性高、寿命长、度电成本低等特点。浓缩风能型风力发电机可独立运行、风光互补运行、多机联网运行和并入低压电网运行。现已研制开发的系列产品有200W、300W、600W、1kW、2kW等机组。浓缩风能型风力发电机经过中试后，可以向中、大型机组发展。这种新型风电技术在中国和世界的应用，将有效地提高风电系统的供电水平和质量，有效地利用低品位的风能，提高风电商品竞争力，具有重要的经济益和生态环保效益[12]。结

论

在今后的20年内，国际上风力发电产业将是增长速度最快的产业，风力发电技术也将进入快速发展的黄金时期；在中国，并网型风力发电机组装机容量增长速度将明显加快，令世界瞩目，离网型风力发电机组发展的地域广、潜力大，装机总容量最终将超过并网型风力发电机组。

田德，吉林松原人，1958年8月生。内蒙古农业大学教授，华北电力大学教授，博士生导师。1985年赴日本留学，1992年9月获得日本明星大学电气工程学博士学位。现任中国农业工程学会理事、中国太阳能学会理事、《太阳能学报》编委、全国“百千万人才工程”第一、二层次人选。享受国务院政府特殊津贴。省级中青年突贡专家。省级优秀留学回国人员。主持完成的项目获内蒙古自治区科技进步一等奖1项，已获得中国实用新型专利1项。正申请国家发明专利3项。发表研究论文50余篇，多篇被EI收录。主持完成和正在主持的科研项目有：3项国家自然科学基金资助项目、3项国际合作项目、1项国家“十一五”科技攻关项目、9项省部级项目、3项横向项目。现从事离网型风力发电系统、并网型风力发电系统和可再生能源利用的研究。

[参考文献] [1]贺德馨.2020年中国的科学和技术发展研究[J].科技和产业,2004,4(1):36.[2][法]D·勒古里雷斯(著),施鹏飞(译).风力机的理论与设计[M].北京:机械工业出版社,1987:31~33.[3]叶杭冶.风力发电机组的控制技术[M].北京:机械工业出版社,2006:11~13.[4]陈云程,陈孝耀,朱成名,等.风力机设计与应用[M].上海:上海科学技术出版社,1990:1~11,48~51 [5]世界风能协会.2005年全球风能统计[J].中国风能，2006（1）：17~20

[6] The European Wind Energy Association, Greenpeace International.Wind Force 12.2002.http://，2006.12.17.[11]李德孚.2005年小型风力发电行业现状与发展[J].中国风能,2006,(2):9～11 [12]田

德,王海宽，韩巧丽.浓缩风能型风力发电机的研究与进展[J].农业工程学报(增刊)，中国农业工程学会第七次全国会员代表大会暨学术年会论文集，2003,19:177～181.

第四篇：风力发电简介（定稿）

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风力发电简介

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风很早就被人们利用--主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何利用风来发电。

风是一种潜力很大的新能源，人们也许还记得，十八世纪初，横扫英法两国的一次狂风力发电图暴大风，吹毁了四百座风力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多条帆船，并有数千人受到伤害，二十五万株大树连根拔起。仅就拔树一事而论，风[1]在数秒钟内就发出了一千万马力(即750万千瓦;一马力等于0.75千瓦)的功率!有人估计过，地球上可用来发电的风力资源约有100亿千瓦，几乎是现在全世界水力发电量的10倍。目前全世界每年燃烧煤所获得的能量，只有风力在一年内所提供能量的三分之一。因此，国内外都很重视利用风力来发电，开发新能源。

利用风力发电的尝试，早在本世纪初就已经开始了。三十年代，丹麦、瑞典、苏联和美国应用航空工业的旋翼技术，成功地研制了一些小型风力发电装置。这种小型风力发电机，广泛在多风的海岛和偏僻的乡村使用，它所获得的电力成本比小型内燃机的发电成本低得多。不过，当时的发电量较低，大都在5千瓦以下。

目前，据了解，国外已生产出15，40，45，100，225千瓦的风力发电机了。1978年1月，美国在新墨西哥州的克莱顿镇建成的200千瓦风力发电机，其叶片直径为38米，发电量足够60户居民用电。而1978年初夏，在丹麦日德兰半岛西海岸投入运行的风力发电装置，其发电量则达2000千瓦，风车高57米，所发电量的75%送入电网，其余供给附近的一所学校用。

1979年上半年，美国在北卡罗来纳州的蓝岭山，又建成了一座世界上最大的发电用的风车。这个风车有十层楼高，风车钢叶片的直径60米;叶片安装在一个塔型建筑物上，因此风车可自由转动并从任何一个方向获得电力;风力时速在38公里以上时，发电能力也可达2000千瓦。由于这个丘陵地区的平均风力时速只有29公里，因此风车不能全部运动。据估计，即使全年只有一半时间运转，它就能够满足北卡罗来纳州七个县1%到2%的用电需要。

风力发电如何利用风力来发电资料参考：

第五篇：风力发电技术

风力发电技术和风能利用方式

1973年发生石油危机以后，西方发达国家为寻求替代石化燃料的能源，在风力发电技术的研究与应用上投入了相当大的人力和资金，充分综合利用空气动力学、新材料、新型电机、电力电子技术、计算机、自动控制及通信技术等方面的最新成果，开创了风能利用的新时期。

德国、美国、丹麦等国开发建立了评估风力资源的测量及计算机模拟系统，发展了变桨距控制及失速控制的风力机设计理论，采用了新型风力机叶片材料及叶片翼型，研制出了变极、变滑差、变速恒频及低速永磁等新型发电机，开发了由微机控制的单台和多台风力发电机组成的机群的自动控制技术，从而大大提高了风力发电的效率和可靠性。

风电场是大规模利用风能的有效方式，20世纪80年代初在美国加利福尼亚州兴起。而海岸线附近的海域风能资源丰富，风力强，风速均匀，可大面积采获能量，适合大规模开发风电。然而在海上建造难度也大：巨大的基座必须固定入海底30m深度，才能使装置经受得住狂风恶浪的冲击；水下的驱动装置和电子部件必须得能防止高盐度海水的腐蚀；与陆地连接还得需要几公里长的海底电缆。

2.2风电装机容量

德国的风力发电装机容量已达610.7万kW，占德国发电装机容量的33%，居世界第1位。西班牙风电装机容量283.6万kW，居世界第2位。美国风力发电装机容量已达261万kW，居世界第3位。丹麦风电技术也很先进，装机容量234.1万kW。印度风电增长很快，到2000年累积装机容量已达到122万kW。日本的风电装机容量46万kW，运行较稳定的是海岸线或岛上的风力发电站，已达576台风电设备。

2.3各国的风力发电政策

目前风电机组成本仍比较高，但随着生产批量的增大和技术的进一步改进，成本将会继续下降(见表1)。许多国家建立了众多的中型和大型风力发电场，并形成了一整套有关风力发电场的规划方法、运行管理和维护方式、投融资方式、国家扶持的优惠政策及规范、法规等。

表1世界风电装机容量（万kW）和发电成本（美分/kW·h）

年份******97199819992000

容量******1393184

5成本15.310.97.26.66.15.65.35.15.04.94.8

数据来源：丹麦BTM咨询公司

欧洲发展风电的动力主要来自于改善环境的压力，将风电的发展作为减少二氧化碳等气体排放的措施。德国、丹麦、西班牙等国都制定了比较高的风电收购电价，保持了稳定高速的增长，1996年以后年增长率超过30%，使风电成为发展最快的清洁电能。丹麦风电技术的发展策略是政府不直接支持制造厂商，而是对购买风电机组的用户提供补贴。英国的《可再生能源责任法规》要求到2010年，每个电力供应商必须使可再生能源的电力供应量达到总电量的10%。

美国政府为鼓励开发可再生能源，在20世纪80年代初出台了一系列优惠政策。联邦政府和加利福尼亚州政府对可再生能源的投资者分别减免了25%的税赋，规定有效期到198

5年底，另外立法还规定电力公司必须得收购风电，并且价格应是长期稳定的。这些政策吸引了大量的资金采购风电机组，使刚刚建立起来的丹麦风电机组制造业获得了大批量生产和改进质量的机会。到1986年这3个风电场的总装机容量达到160万kW。2002年美国德州的风电容量为118万kW。德州政府规定，到2009年可再生能源的发电容量至少应达到200万kW，并拟订了110.4万kW的风电建设计划。

印度是一个缺电的发展中国家，政府制定了许多鼓励风电的政策，如投资风电的企业，可将风电的电量储蓄，在电网拉闸限电时，使有储蓄的企业能够得到优先供电。

澳大利亚的发电能源主要依靠煤炭。政府为改善电能结构，制定了一项强制性的可再生能源发电计划，太阳能——风力电站将成为可再生能源利用的重要组成部分。

3我国风力发电的开发现况

我国拥有丰富的风能资源，若采用10m高度的风速测算，陆地风能资源理论储量为32.26亿kW，可开发的风能资源储量为2.53亿kW。我国近海风能资源约为陆地的3倍，由此可算出我国可开发的风能资源约为10亿kW。

风能资源富集区主要在西北、华北北部、东北及东南沿海地区。20世纪70年代末80年代初，我国通过自主开发研制，额定容量低于10kW小型风力发电机实现了批量生产，在解决居住分散的农牧民和岛屿居民的用电方面有着重要意义。在国家有关部委的支持下，额定功率为200、250、300、600 kW的风力发电机组已研制出来，并在全国11个省区建立了27个风电场，浙江、福建、广东沿海及新疆、内蒙古自治区都有较大功率的风力发电场。东部沿海有丰富的风能资源，距离电力负荷中心又近，海上风电场将成为新兴的能源基地。国家计委在20世纪90年代中期制定了“光明工程”和“乘风计划”, 1997年当年装机超过10万kW，到2001年底总装机容量约40万kW。

我国风电技术还处于发展初期，较欧美落后，关键原材料或零部件主要依靠进口。风电机组是风电场的核心设备，主要依靠进口机组，在风电场的建设投资中是主要部分，占总投资的60%～80%。为鼓励风电的开发，我国对300kW以上机组免征进口税。风电随着技术的发展和批量生产，成本会继续下降。