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力发电机，风轮直径122m、功率达7500kW。同时，美国也注意垂直轴达里厄风力发电机的研究、设计、制造和试验。美国制铝公司生产过500kW垂直轴达里厄风力发电机。前西德在1981年之后相继研究、设计和制造了3000-5000kW大型风力发电机。加拿大在1983年也研究制造了3800kW大型风力发电机。加拿大对垂直轴达里厄风力发电机的研究倍感兴趣，先后研制成功50-230kW的垂直轴达里厄风力发电机。英国在1981年也研究制造了额定功率,3700kW的大型风力发电机。
经过10多年的发展，中、大型风力发电与自动控制技术逐渐成熟，在风能资源优越的地域，出现了成排有序的风力发电机群在运转，这就是所谓的“风电场” 。在美国和西北欧等工业发达的国家和地区建设的风电场较多。到1987年底，美国在加利福尼亚州安装了约16400台不同容量的风力发电机，总装机容量约达140万kW，年发电量达17亿kWh。美国加州风力发电的发电成本已低于核电，接近燃油发电的水平，说明风电已具有与传统常规能源电力竞争的潜力。自1990年以后并网型风力发电在全世界，特别是美国、欧洲及印度得到了快速发展。另外，为适应连续供电的需要，克服独立运行的风力发电机发出的电能不便储存的问题，出现了“风力发电/柴油机发电/蓄电池储电互补发电系统” 、“风能/太阳能混合发电系统” ，这些系统在一些远离电网的地方得到了推广应用。
到2003年，全世界各国风电装机总容量为139151.3MW其中2008年新增容量7980.7MW增长率为25.6%。
表1-1列出了风电装机容量前10位国家的总装机数量和百分比。
表1-1 2008风电装机容量前10位国家的装机数量和百分比
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目前，世界风力发电机装机容量每年几乎以20%的速度增加，风电已成为世界上发展最快的能源。即使如此，目前世界各国开发利用的风能资源，尚不到可开发利用风能资源的20%,可见其开发潜力之大。世界各国之所以把风能资源作为主要开发能源之一，有2个主要原因：一是地球上不可再生能源——石油、天然气、煤的蕴藏有限，不可无限止地开采；二是开发利用风能资源，基本上对环境不造成污染。
风力发电尚存在一些有待解决的问题，如风力发电机制造成本和运行维护费用较高；运行的可靠性和耐久性有待加强，风力发电机的寿命还难以达到20-30年；储能措施不够完善等。现在科学家正着手研究大容量、小体积、高效率、免维护、寿命长、价格低的蓄电池，以满足无风不发电时的供电要求。
1.1.2 我国风力发电发展概况
远在20世纪50年代后期，我国曾进行过小型风力发电机的研究，受当时的技术经济条件限制，试验受挫而停顿。到20世纪70年代后期，小型风力发电机的研制与推广应用发展速度较快，其中以户用微型机组技术最为成熟，有50,100,150,200,300,500W 微型机组系列定型产品，并进行批量生产，质量很好，不但满足了国内需求，还远销国外。
应用微、小型风力发电机，是解决无电地区农牧民用电的有效途径，我国内蒙古、青海等地应用的最多。有的地方从当地实际情况出发，还应用了“柴油/风力联合发电”、“风力/水力互补供电”、“风能/太阳能互补发电系统”等。用电范围从生活领域扩大到生产领域。把小型风力发电机的推广应用提高到了一个新的水平。
1977年我国首次尝试研制的中型风力发电机是FD13-18型风力发电机，风轮直径15.6m，额定功率18kW，采用了水平轴、三叶片的退役直升机桨叶和半导体励磁场恒压三相同步发电机，安装在浙江嵊泗岛茶园子镇的山上。我国对中、大型风力发电机发展起步较晚，直到20世纪80年代才开始自行研制。由国内8 家单位联合研制的中国首台200kW大型风力发电机在浙江苍南县鹤顶山完成 2000h运行试验，1977年通过鉴定。从此表明中国已经能够自行研制、开发大型风力发电机。1996年国家计委实施“乘风计划”，先后在新疆达坂城，内蒙古的商都、朱日和、锡林浩特、辉腾锡勒，广东南澳，山东荣城、长岛，辽宁东岗、横山，福建平潭，浙江泗礁、鹤顶山，河北张北等风能资源丰富地区建了19个风电场。1998年底我国（除台湾省）风电总装机容量为223.6MW，1996年底为 262.35MW，到2003年达到了567.03MW。虽然这些风电场的风力发电机大部分由国外购入，但是促进了中国风力发电机事业的发展，加快了大型风力发电机国产化的进程。
最近，国家为了促进风能的开发利用，制定了一些相关的优惠政策。现在，全国已有12个省（自治区、直辖市）的电力公司设置了相关机构和人员，组建了15家具备独立法人地位的公司，在这些公司及一些高等院校、科研单位里，拥有一批从事风力发电技术研究、制造和建设管理的专业人员，这支队伍已成为我国新世纪风电建设的生力军。
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表 1-2 我国一些较大风电场的装机情况
我国一些较大风电场的装机情况见表1-2。
1.2 风力发电实用软件产品介绍
在风电场设计、建造和运营过程中,需要应用大量新技术,其中一个重要的技术工具就是相配套的设计和运行软件。国外目前在风电领域中的风资源预测、风电场设计优化、仿真模拟以及风电机组设计、风电场运行监控与数据采集等方面,已开发了多种常用软件。文章介绍了针对不同解决方案的软件产品的功能和应用范围。风力发电作为新兴能源,近几年受到了世界各国研究人员的广泛关注。欧、美、日等发达国家地区已有不少成功经验,并在着手兴建大型化的风电场。在设计、建造和运营风电场的过程中,需要应用大量的新技术,而其中一个重要的技术工具就是相配套的设计和运行软件。
Garrad Hassan 软件包不少风电软件开发公司推出了一系列软件产品,为风电场设计、风机设计、风电场管理运行等提供一整套解决方案。英国Garrad Hassan 公司是专业的风电领域各类软件的开发商,它推出了风机叶片设计软件、风电场设计软件、风电场运行监控和数据采集系统以及风机数据采集系统等系列软件产品。客户包括Bonus A/S、BTM Con2sult、ECN、Enercon、FPL Energy、Gamesa Eoli2ca、GE WindEnergy、NEG Micon、Repower、Su2zlon Energy、Tokyo Mit subishi、Vestas DWT、World Bank等200多家全球主要风电机组制造商、开发人员、银行和业主[2]。
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1.2.1 风力发电机组设计软件
风力发电机组设计内容比较繁多,包括对整机、转子、叶片、驱动系统和控制系统等多方面的设计,因此所涉及到的软件也非常多样化,如欧洲Aerodyn和CTC等专业风机叶片设计公司都使用十余种软件进行综合设计,以实现叶片的低成本、高效率、优良的结构特性和工艺性。除了Garrad Hassan软件解决方案外,Bladed For Windows、CFX、Fluent、Star2cd等软件也是风机设计常用软件。国内外有不少研发机构采用ANSYS有限元软件平台,对机舱进行静力分析和模态分析[3]。国内上海工程技术大学也自行开发了风机设计软件WTD,研究叶片气动性能分析,对叶轮功率计算、叶片的安装角分布、风轮的转速、叶片翼型弦长分布、叶片扭转角分布设计等方面的功能进行了计算分析[4]。 1.2.2 GH Bladed——风力发电机设计软件
GH Bladed为用户提供的是一个陆上及离岸式风机性能、负载的设计解决方案。软件具有基于Windows的绘图用户界面和在线帮助功能,操作方便,同时风机设计计算采用工业标准。GHBladed 软件同时支持风载荷和波浪载荷组合计算,采用全空气弹性和水弹性模型并考虑地震励磁的影响。GH Bladed具有多个功能模块,包括外壳稳定性分析、动态负载模拟、负载与电能获取分析、批处理和报告自动生成、电网交互以及控制设计的线性化模型,如图1-2 所示。
通过GH Bladed 图形界面的工具栏,便于进行风机各个部分(包括转子、叶片、驱动传动系统、发电系统、控制系统、塔架和机舱)的设计参数设定。
图1-2 GH Bladed 风力发电机设计软件界面
通过GH Bladed 图形界面的工具栏,便于进行风机各个部分(包括转子、叶片、驱动传动系统、发电系统、控制系统、塔架和机舱) 的设计参数设定。
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1.2.3 GH WindFarmer—风电场设计软件
GH WindFarmer是有效的风电场设计优化软件工具。它综合了各方面的数据处理、风电场评估,并集成在一个程序中快速精确地计算处理。用户可以通过GH WindFarmer自动有效地进行风电场布局优化,使其产能最大化并符合环境、技术和建造的要求。GH WindFarmer可生成高质量风电场环境影响评估文档,包括噪音、阴影闪烁、视觉影响、雷达、累积影响。风电场的视觉影响可以通过采用动态或静态视觉图像、虚拟漫游或集锦照片的方式演示图1-3。GHWindFarmer有中文、英文、德文、法文等多种语言版本,全球24h技术支持。
图1-3 GH WindFarmer风电场设计软件界面
1.2.4 GH SCADA—风电场监控管理和数据采集系统
Garrad Hassan 公司已经采用监控系统对大量风机进行了监控测量,并从许多风电场项目中获得了风机设计和数据分析的经验。GH SCADA 软件是与风机制造商、风电场运行商、开发商和金融企业等共同协作设计开发的,用于满足风电场运行、分析和风电报告中相关企业的需求。可以用于任何类型的风机,并对所有设备采用统一的分析和报告处理。用户可以通过在线数据查看功能监控风电场当前的状态,包括采用绘图用户界面查看风电场地图或采用一系列图表显示风机、气象站和电网状态,如图1-4 所示。