看风电设备他山之石—美国风电设备

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，ＣharlesＦ.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。

美国共有将近70家小风机生产企业，占全球小风机生产企业数量的34%。在美国有21家企业在生产垂直轴小风机。至少有10家美国企业在制造或计划制造安装在建筑物上的小风机。美国制造商占全球小风机销售的49%，出口占美国制造商销售的28%。美国销售的小风机有94%是由美国制造商生产的。美国销售的50-100kW的小风机中有四分之一是用于风力和柴油混合发电，主要用于偏远地区。美国小风机（容量在100kW以下）市场近年增长了78%。这一增长主要是由于私营资本的投资使得制造能力大大增加业界预测美国未来5年内小风机市场会增加30倍。

1、美国是世界上风力发电增长最快的国家,已经持续四年创下风力发电容量记录.

2美国大部分地区的风力发电都呈现增长,德克萨斯州处于领先地位,发电量为7,118兆瓦,13个州超过500兆瓦,7个州在1000兆瓦以上,3个州在2000兆瓦以上.爱荷华州和明尼苏达州有超过10%的电力来自风力发电.

3市场增长刺激了制造业投资.风力发电的增长促进了涡轮机的生产.

4近年风力涡轮机的价格和装置成本持续增长.但是由于金融危机,风能发电需求减少,从而涡轮机的价格也降低.风力发电绩效长期以来已经有了改进,但是近几年呈平稳状态.

5、风力发电保持经济竞争力.尽管装置成本增加了,但是近几年风力发电的价格持续在传统发电价格以下.但是随着近几年批发价的下降,近期风力发电的经济地位变得更具挑战性了.

世界各国不仅在风能开发利用方面的投资将持续增长，而且风力发电设备制造业将成为许多国家最热门的经济领域，相应的市场规模也将急剧扩大。

现状

美国发挥技术和装备优势

据报道，美国将利用其技术和装备优势，使风能发电发挥更重要的作用。美国能源部新能源管理机构最近指出，尽管目前风能发电仅占全美电力生产比重的1.5%，但这一比重在2010年可达9.5%.2020年后可达15%。

近年来，美国风力发电技术已有重大改进，主要表现在：改进了风力发电设备的叶片设计，普遍使用风向传感元件、采用自动控制系统，减少了人力和降低了成本。

据报道，美国政府正在大力推动风力发电设备制造业，使其成为21世纪重要基础能源装备产业。据预测，2010年以前，美国以及欧洲将出现风力发电设备更新换代高潮，届时将有大批陈旧的风力发电设备被淘汰，因此风力发电设备市场前景十分乐观。

近年来，美国风力发电技术已有重大改进，比如改进了风机叶片设计，普遍使用风向传感元件、采用自动控制系统、减少了人力和降低了成本。由于采用了新技术，特别是应用新材料和电子控制系统，美国风力涡轮发电装置安装成本已从1984年的每千瓦3700美元，降至2006年的485美元，预计2008年可降到每千瓦300美元以下。1984年，美国的风力发电成本每千瓦小时需20美分，目前是3美分，可与常规发电成本相竞争。

现在的风机比以往更大，效率更高，性能也更稳定。通用电气生产的1.5兆瓦风机能同时满足460户人家的用电需求，高达100米（相当于32层楼的高度），旋翼长70米（比波音747飞机的翼展还要长）。 [page]美国风力发电站的建设势头迅猛，而另一方面，风机制造的产量却低于去年。人们期望通过风力发电设备的制造能够提供更多的绿色就业岗位，但是其前景还难以预测。为了使美国发展成为风力发电设备制造大国，同时提供新的就业机会，国家必须长期致力于扩大可再生能源的开发利用和投资。

趋势

小风机预计到2013年末会达到1700兆瓦，其中大部分增长得益于美国国会于2008年通过的八年期30%的联邦投资税收抵免。

国际风力发电设备制造业及相关领域的市场前景十分广阔，风力发电设备制造业的迅猛发展，不仅能使企业取得良好的效益，还将为人们创造出众多的就业机会。

美国十分重视发展新型风机，10年前单台风机发电能力一般为50千瓦，目前已增至300—500千瓦甚至更高.2002年，一台容量为600千瓦的风机在夏威夷安装。制造风机叶片的材料，已普遍采用强度高而比重轻的复合材料，一些尖端的航空、航天技术现在已用于风机系统。

效率提升

1、叶片：把效率从将近32%提升到42-45%

2、交流发电机：把效率从65-80%提升到90-92%

3、逆变器：逆变器效率提升空间不大。

设计

1、继续增加扫风面积以捕捉更多能量。这包括使用新的复合材料和成型工艺。

2、减少系统中部件的数量。

3、研究和闪电、腐蚀、轴承润滑、发电机绝缘及电子部件相关的可靠性问题。

4、减少单位容量材料用量。

5、减少移动部件的使用。

6、改善低风状况下的风机性能。

7、考虑把更多大风机技术融入到商业规模的小风机（21-100kW）设计中，例如齿轮箱、机械制动、变桨距叶片等。

其他

1、采用先进的塔架材料设计以减少安装时间和费用。

2、开发可以更准确的预测给定地点风机能源生产的流程和工具。

3、建立一个强大的接受过良好培训的安装工和经销商网络。

4、开发先进塔架基座减少安装时间。

5、开发无线基于网络的风机性能监测能力，以把现场检测的频率降到最低。

6、继续开发和支持性能标准、认证和第三方设备测试机构。