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风力发电机—美国风力发电机利用历史

更新时间:2009-05-11

         风能利用在美国具有悠久的历史,大约几个世纪以前,美国人利用风车等装置将大自然中的风能转化为机械能用来粉碎稻谷和提水。1888年,Charles F.Brush发明的12kW直流风力发电机,是风能利用技术发展过程中的一个里程碑,标志着风能利用从机械能转化跨入电能转化应用的时代。Brush发明的风机叶轮直径达到17m,由144个木质叶片组成。此后的50年中,离网型小型独立发电系统一直是美国风能利用的主流技术。直到20世纪30年代,第一台交流风机在美国安装运行。然而,由于大型并网电力技术的高速发展而且化石燃料成本低廉,所以并网电力成本快速下降,成为主要的能源来源。在化石燃料垄断的电力市场中,风力发电不可能成为主流发电技术,可有可无地缓慢发展。进入70年代,能源供应安全和化石能源枯竭的危机成为美国经济增长和社会稳定面临的巨大挑战,开发化石能源的替代能源成为包括美国在内的许多国家能源战略的重要内容,在这种背景之下风电受到广泛的注意和重视,作为先进的能源储备技术,在80年代以后,进入快速发展时期。

 

        20世纪80年代初风力发电机开始兴起,到今天历经20年的技术创新和商业推广,风力发电机已经成为一种重要的大型并网发电技术。丹麦、德国、荷兰、西班牙和美国是风力发电机机发展的大国和强国,掌握最先进的风力发电机技术和控制技术。20世纪70年代,风力发电机直径只有10m,发电容量在22~35kW之间;如今的风力发电机直径达到80m,发电容量达到几个兆瓦。单机装机容量的不断提高,促进了风力发电机技术的商业推广。20年来风力发电机技术发生了很多转变,可变角度叶片代替了固定角度叶片,直接驱动代替了机车驱动,变速转换系统代替恒速转换系统。除此之外,风能发电系统的控制技术不断成熟,生产材料性能不断优化。风电技术发展的主要趋势是,一是要开发适合于海上风电场的大型风力发电机组,充分利用海上的风能资源;其次是拓宽市场促进小型风力发电机系统发展,包括出口到发展中国家的农村地区。近年来在美国,小型联网机组(10kW)的应用非常普遍。

       20世纪70年代OPEC成员国减少石油产量,实行石油禁运,使美国人第一次意识到化石能源的供应危机,1970年地球日的大规模群众运动表明能源问题受到美国民众的普遍关注。以此为契机,美国政府积极鼓励包括风电技术在内的可再生能源技术的研发,应对化石能源危机。1973年,美国能源部风力发电机项目组研制出水平轴和垂直轴风机。过去10年中,联邦政府每年向风电投入的研发基金约4000万美元。


       政府除了积极资助风力发电机的技术研发,同时颁布许多经济激励政策和产业规划支持风电的商业推广。这些激励政策取得了预期的效果,80年代美国风电装机容量大幅提高,其中加利福尼亚州风电发展迅速。