2.5.2 风力发电技术的发展方向

随着科技的不断进步和世界各国能源政策的倾斜，风力发电发展迅速，展现出广阔的前景，未来数年世界风电技术发展的趋势主要表现在如下几个方面。

1．风力发电机组向大型化发展

21世纪以前，国际风力发电市场上主流机型从50kW增加到1500kW。进入21世纪后，随着技术的日趋成熟，风力发电机组不断向大型化发展，目前风力发电机组的规模一直在不断增大，国际上单机容量1～3MW的风力发电机组已成为国际主流风电机组，5MW风电机组已投入试运行。2004年以来，1MW以上的兆瓦级风机占到新增装机容量的74.90%。大型风力发电机组有陆地相、海上两种发展模式。陆地风力发电，其方向是低风速发电技术，主要机型是1～3MW的大型风力发电机组，这种模式关键是向电网输电。近海风力发电，主要用于比较浅的近海海域，安装3MW以上的大型风力发电机，布置大规模的风力发电场。随着陆地风电场利用空间越来越小，海上风电场在未来风能开发中将占据越来越重要的份额。

2．风电机桨叶长度可变

随着风轮直径的增加，风力机可以捕捉更多的风能。直径40m的风轮适用于500kW的风力机，而直径80m的风轮则可用于2.5MW的风力机。长度超过80m的叶片已经成功运行，每一米叶片长度的增加，风力机可捕捉的风能就会显著增加。和叶片长度一样，叶片设计对提高风能利用也有着重要的作用。目前丹麦、美国、德国等风电技术发达的国家、一些知名风电制造企业正在利用先进的设备和技术条件致力于研究长度可变的叶片技术，这项技术可以根据风况，调整叶片的长度。当风速较低时，叶片会完全伸展，以最大限度地产生电力；随着风速增大，输出电力会逐步增至风力机的额定功率，一旦风速超过这一峰点，叶片就会回缩以限制输电量；如果风速继续增大，叶片长度会继续缩小直至最短；风速自高向低变化时，叶片长度也会作相应调整。

3．风机控制技术不断提高

随着电力电子技术的发展，近年来发展的一种变速风电机，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，经过置于地面的大功率电力电子变换器，将频率不定的交流电整流成直流电，再逆变成与电网同频率的交流电输出。由于它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，从而大大地提高了捕捉风能的效率。试验表明。在平均风速每秒6.7m时，变速风电机要比恒速风电机多捕获15%的风能。同时，由于机舱质量减轻和改善了传动系统各部件的受力状况，可使风电机的支撑结构减轻，从而设施费用得到降低，运行维护费用也较低。这种技术经济上可行，特有较广泛的应用前景。

4．风力发电从陆地向海面拓展

海上有丰富的风能资源和广阔平坦的区域，风速大且稳定，利用小时数可达到30多小时。同容量装机，海上比陆上成本增加60%，电量增加50%以上。随着风力发电的发展，陆地上的风机总数已经趋于饱和，海上风力发电场将成为未来发展的重点。虽然近海风电场的前期资金投入和运行维护费用都要高得多。但大型风电场的规模经济使大型风力机变得切实可行。为了在海上风场安装更大机组，许多大型风力机制造商正在开发3～5MW的机组，多兆瓦级风力发电机组在近海风力发电场的商业化运行是国内外风能利用的新趋势。从2006年开始，欧洲的海上风力发电开始大规模起飞，到2010年，欧洲海上风力发电的装机容量将达到10000MW。目前德国正在建设的北海近海风电场，总功率在100万kW，单机功率为5MW，是目前世界上最大的风力发电机，该风电场生产出来的电量之大，可与常规电厂相媲美。

5．采用新型塔架结构

目前，美国的几家公司正在以不同方法设计新型塔架，采用新型塔架结构有助于提高风力机的经济可行性。Valmount工业公司提出了一个完全不同的塔架概念，发明了由两条斜支架支撑的非锥形主轴。这种设计比钢制结构坚固12倍，能够从整体上降低结构中无支撑部分的成本，是传统简式风力机结构成本的一半。用一个活动提升平台，可以将叶轮等部件提升到塔架顶部。这种塔架具有占地面积少和自安装的特点，由于其成本低且无需大型起重机，拓宽了风能利用的可用场址。