15风力机发展简史151古代风力机风能，是人类最早使用的能源之一。最初的古代风机是一种简单的垂直轴风力机，公元 644年波斯人制造了立轴式磨面用风力机，如图1.8古代风力机。以后又发展了一种水 平轴风力机，它的风轮具有十根梁，其间用张线固定，每根梁上有一块小帆布。至今在江苏 一带还可见到竹木帆布结构的风力机。这种风力机在农田灌溉和盐池提水方面仍起重要作 用。152中世纪风力机到公元11世纪，在中东，古代风力机应用很广泛，到13世纪，这种风力机传到了欧洲。 到14世纪，荷兰率先改进了古代风力机，并广泛利用这种改进后的风力机为莱茵河三角洲 的沼泽地和湖泊抽水。在16世纪，荷兰先后建造了当时的第一个制油厂、第一个造纸厂以 及锯木厂，这些都是利用风力机作动力的。到19世纪中叶，在荷兰有9000台传统风力机在 运行，如图1.9中世纪传统风力机。中国宋朝是风力机的全盛时期，当时流行着垂直轴天津 风车。在产业革命期间，由于蒸汽机的出现，荷兰的风力机利用开始走下坡路。到20世纪， 荷兰只有2500台风力机在运行。到I960年，仍在运行的风力机不到1000台。美国中西部 的多叶式风力提水机，在十八世纪末曾多达数百万台。153近现代风力机在十九世纪末，丹麦拥有3千台工业用的风力机和3万台用于家庭和农场的风力机。从 50年代到60年代，中国研制了十几种风力机，最大的已超过30千瓦。从60年代开始研制 的小型风力提水机，有30种不同型号，对我国开发利用风能起了积极作用。国际上也开发 研制了多种风力机。图1.8古代风力机图1.9中世纪传统风力机Tablel.2 Wind turbine sets developed before 1970 in the world(100kW)国名额定功率(kW)额定风速(m/s)叶轮直径(m)叶轮转速(r/min)叶片数塔高(m)投运年份苏联10010.530303301931美国125013.553.326233.519411945英国10015.2515.313031954英国10013.524.495.42301955丹麦2001524303241957西德1008344222419571968法国13212.521.25631958法国80016.730.247.3332.319581962英国10018.515.275310.71959法国10001735319631890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。国际上1970年以前研制的100kW级及以上的风力发电机组如表1.2所示。表1.3国际上1970年至1980年初投入运行的100kW以上的风力发电机组Table1.3 Wind turbine sets operated between 1970 and 1980 in the world(100kW)国名型号额定功率(kW)额定风速(m/s)叶轮直径(m)叶轮转速(r/min)叶片数塔高(m)投运年份美国MODO100838402321975美国MODOA2008.538402321977美国MOD1200011.261352431979美国MOD22500991.517.52611981美国MOD5A62001222761983美国MOD5B720012821983美国MP1 20020012.524.430324.41977瑞典WTS3300014.278.2252801982瑞典WTS4400016.278.2302801982西德300011.8100.418.515%21001983加拿大22413.424X 374021977丹麦200014.854422531978丹麦2X6301340343451979丹麦2651328.342/28328.71981英国3700226034.1245荷兰3001325802281980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。1973 年，国际上出现了石油危机，不少国家面临能源短缺的困境，为此提出了能源多样化发展战略，因而风能的研究和开发工作又重新得到了重视。美国、荷兰、丹麦、英国、德国、日本、苏联、加拿大等国都对大力开发风能制定了规划，制定了采取扶持资助的鼓励 性政策和法规。中国也开始重视风能的研究和开发。表1.3列举了国际上1970年至1980年 初投入运行的lOOkW以上的风力发电机组。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。截止到2004年底，全球风力发电总装机为47000MW，离岸风力发电 总装机为620MW。世界各离岸风力发电厂及其主要技术参数如表1.4表示。表1.4 世界各离岸风力发电厂及其主要技术参数一览表Table1.4 List of offshore wind farms and its main parameter名称国家年份涡轮机数量(台)离岸距离(畑)水深(m)基础形式VindebyDK1991Bonus 450111.5-32.5-5caissonLelyNL1994Nedwind 50040.84-5monopiledrivenTuno KnobDK1995Vestas 5001063-5caissondrilledBockstigenSE1998Windworld 550546monopile drilledUtgrundenSE2000Enron 15007127-10monopile drilledBlythUK2000Vestas V66216monopileMiddelgrundenDK2001Bonus 2000202-32-6caissondrilledStengrundSE2002Micon 2000558monopileHorns RevDK2003Vestas 20008014-206-14drilled monopileSamsoDK2003Bonus 2300103.511-18monopiledrivenNystedDK2003Bonus 23008096-10caissonArklow BankIR2003CE360077-125monopiledrivenNorth HoyleUK2003Vestas 2000307-812monopiledrivenScroby SandsUK2004Vestas 2000302.3monopile表 1.5 世界主要离岸风力发电设备生产商及其设备主要技术参数一览表Table.4 List of main offshore wind energy conversion producer in the world and its main parameter生产厂商型号直径(m)确定功率(MW)特定功率(W/m2)塔顶重量Tonnes特定 TTMkg/m2RepowerSM126.55.039835032VestasV80802.03989820NEG-MiconNW110/42001104.244221423GE WindenergieCE 3.6 offshore1003.642426030Pfleiderer/ProkonMultibrid1165.047325926M5000BonusBonus 2.3MW82.42.343113524EnerconE-1121144.544150051目前，已经具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。如表4所示，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 126.5m。 风力发电机大型化、巨型化趋势十分明显。图1.9（内蒙古农业大学新能源技术研究所）图（意大利图 1.11Ventis 公1.10 200/50kW 风力发电机Riva Calzoni 公 司）110kW风力发电机（德国司）截止到2005年底，世界风电装机总容量为59322MW，同比上年增长25%。2005年世 界风电装机容量的前十位国家是德国、西班牙、美国、印度、丹麦、意大利、英国、中国、 日本、荷兰。截止到2005年底，中国的风电装机总容量为126万kW,前十名的省份是新疆、内蒙 古、广东、辽宁、宁夏、吉林、河北、山东、福建、黑龙江。2005年2月28日，全国人大 通过了可再生能源法，2006年1月1日开始施行。2005年中国国内生产的600kW和750kW的风力发电机组占当年装机容量的28%。由科技部863项目支持的沈阳工业大学风 能研究所自行研制开发的1.0MW双馈变速恒频型风力发电机组和金风科技股份有限公司与 国外公司联合研发