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丹麦风力发电站—工业成就的历史 |
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| 丹麦风力发电站—工业成就的历史 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 10:15:53  |
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齐向阳 校对 刘后遵
吉林省电力科学研究院
丹麦是一个平原岛国，没有矿物载能体和水力资源；这里唯一的自然能源就是风，自古以来就用风在风磨上磨面。第二次世界大战导致的经济危机和70年代的世界燃料动力危机迫使丹麦政府和丹麦工程技术人员开始紧张地致力于风电工程。
丹麦电力工程的基础是利用进口燃料运行的热电站，最大负荷时的部分不足电量由挪威水电站输电供应，法律禁止使用原子电力。1995年发电量为36780 GW·h，用电量为35996 GW·h；在居民人口为522万的条件下，人均年用电量为6892 kW·h。1998年居民用电的出厂价格约为21美分/千瓦·时。
现在，国家所发电量约6%是由风力发电站发出的。
工程师Поль ля Кур被认为是丹麦利用风力发电的创始人。还在1890年他就开始建造装有直流发电机的风力发电站，并取得了稳定风轮转速装置的专利权。他利用风洞模拟风轮叶片，利用水电解提取氢来蓄能。Поль ля Кур还举办了风电工程技术人员培训班，后来他的学生在丹麦发展了风电工程。
1956年工程师Юль在格德谢尔市制造了第一台功率为200kW的风轮机，装有三叶片低转速风轮，叶片装置角度可变。很长时期内，这个风力发电站都是世界上容量最大的风力发电站，以前的风轮机容量不超过15~20kW。格德谢尔电站的风轮机成为了后来现代风力发电站的样板，现在被安放在丹麦电气博物馆里。
60~70年代，装有功率为10~15kW风轮机的小型风电工程在丹麦得到了发展。
这些年所实现的风电设计是由私人提供资金赞助的。
逐渐地，丹麦开始表现出建造大型风力装置向国家供电的兴趣，特别是由于世界燃料危机及议会根据安全和环境保护要求，禁止在丹麦使用原子电力决议的出现。
最初，由风力装置获取电能的价格是由私人公司确定的，因此电价不同。议会决定，使用1 kW·h电由立法确定同样的价格，为丹麦电力生产者最高电价水平的85%。为了规划风电工程发展，1979～1980年建立了国家保障基金。1989年，国家划拨出的用于扶持风电工程的资金总额，通过立法得到了加强，只是在近些年来才降低了10%。
为了发展风电工程，在以前研究过核电力的里索市国有实验室里，组建了风电工程部。现在，风电工程部是由50个学者和工程师组成的国有实验室里最大的部，这些学者和工程师从事空气动力学、气象学、结构动力学和风轮机新材料的研究。风电工程部与其它国家研究风电工程发展的学术与设计机构也有联系。
从这时起，就开始设计和制造用于向总电力网输电的功率为600～1500 kW的大型风轮机。
还在风电工程发展的早期，丹麦电力公司就表现出了对风电工程的兴趣。例如，格德谢尔风力发电站就是借助于SEAS电力公司的财政援助建立起来的。在80年代初，丹麦电力公司两台功率各630 kW的实验机投入运行。对于那个时代，与10～15 kW小型风轮机相比，这是一个大的进步。按外型尺寸，该风力装置与瑞典、德国和美国研制的功率1 MW机大致相当，但国外这些大型风轮机所发电能的价格却过高，而其应用在经济上是不合理的。后来，这些国家建造了容量为2 MW及以上的风轮机，但仍然具有同样的缺陷。
一些机械制造公司，如Vestas、Nordtonk、Bonus、Nordex及后来的Micon，在意识到丹麦风轮机制造公司的商业成就之后，也开始从事风轮机的制造。由于具有较好的工程技术干部，这些公司首先在丹麦，而后在整个国际市场的风力装置生产中处于优势地位。今天，这些公司已进入国际市场十个最优风轮机生产厂家之列。
1980年，在美国加利福尼亚州开始了风电工程发展规划，参与规划为丹麦风力装置制造工业带来了巨大成功。丹麦工程技术人员具有的经验最多，因为他们已经建造了几代能够成功运行的小型风力发电站。丹麦公司向加利福尼亚供应的风轮机，比同期在丹麦运行的风轮机数量要多得多，这笔生意的成绩是非常大的，但它伴随着产品销售停滞的风险。当1985～1986年加利福尼亚规划完成后，约有20个丹麦公司破产，因为对于新的市场，它们没有选择余地。这导致了丹麦风轮机产量的下降。
自90年代中期，丹麦风力装置制造工业开始了新的发展。今天，35个国家是丹麦风力发电站的用户，最大的用户是德国、印度、中国、西班牙、荷兰、大不列颠、瑞典。在1993～1995年期间，为风力发电站制造的设备增长了50%。
关于丹麦风力装置年投产量及其装机容量增长的数据如下所列。
年
投产，MW
总容量，MW
1983年以前
（包括1983年）
40
40
1984
7
47
1985
23
70
1986
32
102
1987
33
135
1988
82
217
1989
66
283
1990
81
364
1991
73
437
1992
44
481
1993
29
510
1994
52
562
1995
98
660
1996
221
881
1997
300
1181
丹麦风力工业的发展条件与美国、瑞典、德国不同。在这些国家从事风轮机制造的是这样一些大型工业企业，如主要从事飞机和发电机制造的Boeing、Lockheed、Westinghouse、MBB、Siemens公司。有趣的是，现在风力发电站设备主要制造厂家工程技术人员的专业化与飞机制造业没有联系；尽管现代的风轮机在外型上与直升机旋翼结构相同，但它们的应用条件和基本前提是根本不同的。
风轮机是在气团移动较慢的不定条件下运行的。这就要求必须三维模拟风轮的空气动力，而为了设计直升机旋翼，二维模拟就足够了。此外，大多数风轮机应用失速效应调节风轮叶片的功率和转速，而在设计飞机时却正相反，极力避免失速。
低噪声声级的必要性要求风轮叶片、机壳、变速箱及其它机械装置具有专门的结构。
丹麦现代风轮机的特点是，所有风轮机都是三叶片的，风轮位置为逆风向展开（来自塔架的风向）；使用电动机来确定风轮方向。这种结构是典型的丹麦观念，期望将风轮机加工成通用的结构。
在最近15年，风轮机的尺寸和容量迅猛增大。以前，叶片直径为10.6m的风轮机容量为25kW左右，现在丹麦还运行着配有这种风轮机的设备。现代广泛使用的风轮机容量为600kW左右，风轮直径为42~44m。丹麦制造的最大商业用机组容量为1500kW，风轮机风轮直径为60~63m，安装于高度为60m的塔架上。每台1500kW机组生产的电能，相当于1980年100台老式发电机组所发的电量。随着近15年来容量的增长，风力装置的经济效益提高4倍，现在已能同热能电力和原子能电力竞争。风力装置的效率在很大程度上取决于装置所在地风的强度，风轮机的容量取决于三级风的速度。在丹麦、英国以及其它国家，将风力发电站建在经常刮风的沿海一带是最合理的。
对于现代大型风力发电站，1kW·h电能的发电价值为0.04美元左右。当然，不同国家的这种费用，在很大程度上取决于已形成的工资水平和税收水平。
1997年，风力装置的发电量约为丹麦总发电量的6%。丹麦政府计划在最近几年里，利用风能达到抵偿10%的需要电量，这项任务一定能够完成。在1996年丹麦环境与能源部通过的最近一个风电发展计划中，还制定了更大的目标–2030年以前，风力发电量将达到国家总需要电量的40~50%。
国家扶持风电发展的经济机制是通过提高热电工程税收来保障的，热电工程在燃烧燃料时所产生的CO2废物及其它有害气体能够污染周围空气，而酸渣和含有重金属的灰分能够污染土地。获得的资金主要向风电工程领域的科学研究工作和试验设计工作拨款。根据法令，热电公司必须购买国家生产风能的85%，其中包括从私营风力发电站购买的风能。
1996年世界风力发电站设备产量，估计总额约十亿美元，其中丹麦企业所占份额为6.5亿美元。在1993~1995年期间，丹麦风轮机的产量以每年10%至20%的速度增长了50%，2000年前的预测也同样乐观。1997年六月前的12个月里，丹麦工业生产的风轮机总容量为959MW，相当于欧洲大型原子能发电站的容量。
丹麦的风轮机制造、安装、调试及售后服务形成了约1万个工作地点，设备出口及其安装还增设有充分保障的6千个工作地点。世界风力装置制造工业为3万人提供了工作，其中欧共体国家约2万人（1997年）。风轮机主要生产于丹麦、德国、西班牙、荷兰，配件几乎在所有欧洲国家都生产。
丹麦生产的风轮机种类如下所列（表示容量的分数意味着风轮机装备有两台发电机，可以换接）。
公司 风轮机容量，kW
Bonus Energy A/S 150，300，500，600，600
750，1000
200，225/40，400/100
NEG Micon A/S 600/150，750/175，
1000/200，1500
Nordex A/S 150，250，600，1000
Vestas Wind Systems A/S 225，500，600，660，
660/200，1650/300
Wind World af 1997 A/S 170，250，550，600，750
1997年在丹麦共运行4850个风力发电站，其中2/3以上属于合作社和私人。约10万丹麦家庭持有风力发电站股票，股票收益以降低用电家庭所付电费的形式定期支付，这种股票在丹麦人中是相当普及的。
丹麦议会和政府所采取的关于在经济上扶持风电工程发展的措施及丹麦工业公司对风电工程发展的保障，为实践中利用风力发电这一计划的实施建立了信心。
在俄罗斯应用丹麦动力工程技术人员及风轮机制造者的经验是合理的，俄罗斯北部和东部地区，特别是在用户尚未与俄罗斯总电力系统电网连接的沿岸地带，潜藏着丰富的风能
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