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風力エネルギーは再生可能でクリーンなエネルギー源です。近く30近年、理論研究と応用研究の両方において、風力エネルギーの利用において国際的に大きな進歩が見られました。風力発電技術は日々進歩しており、系統接続型風車の最大定格出力に達しています5MW、羽根車の直径は次の値に達します126m。締切日｝2005世界の設置容量が到達しました58,982MW、風力発電は世界の電力の 1% を占めます1%。中国はアジアにおける風力発電産業の発展の主要な推進者の一つとなっており、総設置容量は世界第１位にランクされている。8ビット、2005年間の新規設置容量は世界第 1 位6ビット。将来的には、国内外の風力発電技術と産業の発展速度が大幅に加速されるでしょう。
1 引用 単語
風は最も一般的な自然現象の 1 つです。それは、太陽による地表の不均一な加熱によって引き起こされる「空気の流れ」です。流れる空気の運動エネルギーを風エネルギーといいます。したがって、風力エネルギーは広義には太陽エネルギーの一種です。世界気象機関によると (WMO) と中国気象局気象科学研究所は、地球上で利用可能な風力エネルギー資源は次のとおりであると分析しました。20010億kW、地球上で最も利用可能な水エネルギーです20時代。中国大陸10m高度で利用可能な風力エネルギー2.5310億kW、海上で利用可能な風力エネルギーは陸上でも利用可能3回、50メートル高度で利用可能な風力エネルギーは10m身長レベル2風力エネルギー資源は非常に豊富です。
風力エネルギーは、比較的成熟した技術と大きな開発と利用の見通しを備えた再生可能エネルギー源の 1 つです[1]。風力エネルギーの利用方法には、風力発電や風力揚水だけでなく、風力暖房やセイルエイド航行などもあります。したがって、風力エネルギーの開発と利用は、世界中の科学技術関係者にとって強い関心を集めており、世界中の多くの科学者が風力エネルギー利用の研究に熱心に取り組んでいます。この記事では、国内外の風力発電技術の現状と開発動向について説明します。
2 風力発電の基礎知識
2.1 風力エネルギーの計算式
空気の動きには運動エネルギーがあります。風力エネルギーとは、風の持つ運動エネルギーを指します。風力タービンの羽根車の断面積がA、風速が次の場合V風が羽根車を流れるとき、単位時間当たり風力エネルギーが羽根車に伝達されます
（1）
ここで: 単位時間あたりの質量流量m=ρAV
（2）
実際には、 (3）
式内:
PW—1 秒あたりに風力タービンの羽根車の断面積を流れる空気の風力エネルギー、つまり風力エネルギー電力W；
CP—羽根車の風力エネルギー利用係数;
hm—一般的なギアボックスとトランスミッション システムの機械効率0.80—0.95、ダイレクトドライブ風力タービンは1.0；
he—一般的な発電機の効率0.70—0.98；
r—空気密度、kg/m3；
A—風力タービンの羽根車が 1 回転で吹き飛ばす面積、m2；
V—風速、m/s。
22 ベイツ(ベッツ)理論
風力車に関する最初の完全な理論はドイツのゲッティンゲン研究所によって作成されましたA・ベイツ・ユウ1926に設立されました。
ベイツは、風車が理想的である、つまりハブがなく、ブレードの数が無限で、風車を通る空気の流れに対する抵抗がないと仮定しています。つまり、これは純粋なエネルギー変換器です。さらに、空気流はローターの掃引面全体にわたって均一であり、空気流速度の方向はローターの前、後ろ、またはローターの軸に沿っているとさらに仮定されます。
動く空気の中に置かれた「理想的な」風車を分析すると、風車が生み出すことができる最大出力は次のようになります。
（4）
式内:P最大—風車が生成できる最大電力;
—空気密度、kg/m3；
A—風力タービンの羽根車が 1 回転する面積、m2；
V—風速、m/s。
この式はベイツの式と呼ばれます。風速はローター軸の方向と一致し、ローターのスイープ面全体にわたって均一であると仮定します。[2]。
意志(4)掃引面を通過する空気流で割った方程式A風の運動エネルギーを利用して、風力タービンの理論上の最大効率を導き出すことができます
（5）
(5)その式は有名な Betz (ベッツ) 理論上の限界値。これは、風力タービンが自然風から抽出できるエネルギーには限界があり、その電力損失の一部は後に残る回転運動エネルギーとして説明できることを示しています。
CP<0593[3]。
2.3 温度、大気圧、空気密度
実験場所の周囲温度と大気圧を温度計と気圧計で測定し、次の式から空気密度を計算します。
（6）
ここで: ρ - 空気密度、kg/m3；
h—現地の大気圧、パ；
t—温度、℃。
空気密度の式から、空気密度が大気圧と温度に関係していることがわかります。
2.4 風力タービンの主要コンポーネント
1) 小型風力タービン
小型水平軸風力タービンの主なコンポーネントは、風車、発電機、タワー、ステアリング機構、エネルギー貯蔵システム、インバーターなどです。
（1）風車
風車は、風からエネルギーを吸収する風力タービンの部品です。その機能は、空気流の運動エネルギーを風車の回転の機械エネルギーに変換することです。水平軸風車の風車は次のように構成されています。1~3葉で構成されています。翼の構造は多様で、木芯ガラス繊維翼やガラス繊維強化樹脂翼など、風車の機種や出力によって材質が異なります。
（2)ジェネレーター
風力タービンでは、次のような発電機が使用されています3タイプには、直流発電機、同期オルタネーター、非同期オルタネーターがあります。小型風力タービンは主に同期または非同期オルタネーターを使用し、生成された交流は整流装置を通じて直流に変換されます。
（3）タワー
タワーは発電機とステアリング機構をサポートするために使用されます。風速は地上からの高さに応じて増加するため、タワーが高くなるほど風車が単位面積あたりに取り込める風エネルギーは多くなりますが、コストや設置費用も増加します。
（4) 迂回メカニズム
垂直軸風車はあらゆる方向から吹く風を受け入れることができるため、ステアリング機構は必要ありません。水平軸風車の場合、風エネルギーの利用効率を最大限に高めるためには、風力ローターの回転面を常に風向と一致させる必要があり、風向装置が必要となります。一般的に使用されるステアリング機構には、主に尾舵、ステアリングホイール、電動風制御装置が含まれます。
（5）速度制限機構
風速が風車の設計風速よりも高い場合、ブレードの損傷を防ぐために、風車の速度を制御する必要があります。
（6）エネルギー貯蔵装置
エネルギー貯蔵装置は、独立して動作する小型風力タービンにとって非常に重要です。そのエネルギー貯蔵方法には、熱エネルギー貯蔵と化学エネルギー貯蔵が含まれます。
（7)インバーター
AC 電気機器の電力要件を満たすために DC 電力を AC 電力に変換するために使用されます。
2) 大型風力タービン
大型風力タービンは、空気圧機械部分と電気部分の 2 つの部分で構成されています。空圧機械部品には、風車、低速シャフト、増速ギアボックス、高速シャフトが含まれます。その機能は、発電機のローターを駆動し、風力エネルギーを機械エネルギーに変換することです。電気部品には、非同期発電機、パワーエレクトロニクス周波数変換器、変圧器、送電網が含まれ、その機能は機械エネルギーを一定周波数の電気エネルギーに変換することです。近年、直接駆動可変速定周波数風力タービン（増速機なし）の開発に成功しています。
3 風力タービンと風力発電技術
3.1 風力タービンと風力発電技術の発展の歴史
風力エネルギーは、人類が使用した最も初期のエネルギー源の 1 つです。紀元前まで遡ります2000では、エジプト、ペルシャ、その他の国に帆船や風車が出現しました。中世、オランダと米国は排水と灌漑のために水平軸の風車を持っていました。我が国は、世界で最も早く風力エネルギーを利用した国の一つです。今すぐにでも1800数年前、わが国で風力発電によって水を汲み上げたという記録がありました。1890デンマークP・ラクールは風力タービンの開発に成功しました。1908デンマークでは何百もの小型風力発電所が建設されています。 20 世紀初頭から 1960 年代末まで、一部の国における風力エネルギー資源の開発はまだ小規模な利用段階にありました。[4]。
大規模な水力発電や火力発電の導入と電力システムの開発により、19702000 年以前に開発された中型および大型の風力タービンは、コストが高く信頼性が低いため、徐々に廃止されました。 1960 年代の終わりまでに、それらはすべて操業を停止しました。この段階の実験研究では、これらの中型および大型ユニットが一般的に技術的に実現可能であることが示されており、これが 1970 年代後半の大規模な開発の基礎を築きました。
1980以来、風力タービン技術は国際的にますます商業化されています。本体容量は300kW、600kW、750kW、850kW、1MW、2MW。1991デンマークヴィンデビー世界初の洋上風力発電所は11台湾 デンマークボーナス 450kW単一の機械構成、全体の組み立て495MW。その後、オランダ、スウェーデン、英国が相次いで独自の洋上風力発電所を建設した。
現在、洋上風力発電設備の商業生産能力を持つメーカーは主にデンマーク製ヴェスタス(統合されたものを含む)NEG-マイコン)、アメリカ人GE風力エネルギー、ドイツノルデックス、再パワー、プフライデラー/プロコン、ボーナスドイツでも有名エネルコン会社。単一マシンの定格電力範囲範囲は次のとおりです。2MW、23MW、36MW、42MW、45MW宛先5MW。インペラ直径 から80m、824m、100メートル、110メートル、114メートル、116m宛先126m。
3.2 風力タービンの種類
風力タービンは、風力エネルギーを電気エネルギーに変換する装置です。風車にはたくさんの種類があるため、分類方法もたくさんあります。ブレードの数に応じて、シングルブレード、ダブルブレード、スリーブレード、フォーブレード、マルチブレードに分けられます。主軸と地面の相対位置に応じて、水平軸と垂直軸に分けられます(縦軸)タイプ;ブレードの動作原理に応じて、リフトタイプと抵抗タイプに分けられます。現在、風車の多くは水平軸3枚翼型です。
水平軸風力タービン。写真に示すように、風車の回転軸は風の方向と平行です1表示されます。垂直軸風力タービン。図に示すように、風車の回転軸は地面または空気流の方向に対して垂直です。2示されています。
4 国内外の風力発電の現状
4.1 世界の風力発電の現状
現在、世界中で中型および大型の風力タービンが設置されています40多くの国が陸上および海上の送電網に接続されており、風力発電の成長率が他の電源よりも高い傾向が続いています。表に示すとおり1表示、終了2005年12月31日世界の設置容量が次の値に達しました58,982MW、年間設置容量は11,310MW、成長率は24%;風力発電は世界の電力の 1% を占めます1%、一部の国と地域では到達しています20%さらに。2005風力発電の累積設置容量が世界最大の 10 か国を表に示します2、合計トップ 10517509MW、世界の総設置容量の約 % を占める87.7%。
2005年国際風力発電市場シェアの分散多様化プロセスは継続的な発展傾向を示しています: はい11各国は1,000MW、ここで7ヨーロッパ諸国 (ドイツ、スペイン、イタリア、デンマーク、イギリス、オランダ、ポルトガル)、3アジア諸国 (インド、中国、日本)、および米国。アジアは世界の風力発電開発において新たな勢力となりつつあり、その成長率は48%[5]。
2002年欧州風力エネルギー協会 (EWEA) とグリーンピース (グリーンピース インターナショナル) が「風力発電 12（風力 12)」レポートは、20202017 年に世界電力を達成12%の設計図。報告書は、この文書は予測ではなく、世界の風力エネルギー資源、世界の電力需要の伸びと送電網容量、風力発電市場の発展傾向と潜在成長率、原子力発電や大規模水力など他の電源技術の開発履歴との比較、排出削減量の比較であると述べている。CO2他の温室効果ガスの要件は、風力発電が世界の電力量に達できることを示しています12%可能性があります。報告書はまた、中国が次のように指摘している。2020年間の風力発電設備容量は次の水準に達する見込みです1.71億キロワット[6]、[7]。
4.2 国内の風力発電の現状
米国気象科学アカデミーの推定に基づく[8]、中国の地表10メートル高レベル風力エネルギーの理論上開発可能な量は3210億kW、実際の開発可能量は2.5310億kW。開発可能な洋上風力エネルギーの量は、陸上風力エネルギーの埋蔵量の割合である3時代。
内モンゴルの実際の開発可能容積061810億kW
チベット 実際の開発可能量040810億kW
新疆 実際の開発可能量034310億kW
青海省 実際の開発可能量024210億kW
黒竜江省 実際の開発可能量017210億kW
2005年台湾省を除く中国に新しい風力タービンを追加592セット、設置容量50.310,000kW。付き2004今年の新規設置容量19.810,000kW比較して、2005年間の新規設置容量の増加率は254%。
現在2005年末時点、台湾省を除く中国の風力タービン総数1864セット、設置容量126.610,000kW、風力発電所62個。に配布されています15省 (都市、自治区、特別行政区)、表に示すように、設置容量によって並べ替えられています3示されているとおり。付き2004年間累積設置容量76.410,000kW比較して、2005年間累積設置容量増加率は65.6%。2005風力発電網の年間電力量は約15.310億kWh[9]。
中国の国家科学技術支援計画「第11次5カ年計画」の主要プロジェクト「高出力風力タービンの開発と実証」による支援15~25MW、25MW上記の二次給電可変速定周波風力タービンユニットの開発;15~25MW、25MW上記の直接駆動可変速定周波風力タービンユニットの開発;15MW上記の風力タービンブレード、ギアボックス、二次給電発電機、および直接駆動永久磁石発電機の開発と工業化;15MW上記の二次給電風力タービン制御システムおよびコンバータ、直接駆動風力タービン制御システムおよびコンバータの開発および工業化。洋上風力発電所建設の主要技術に関する研究。洋上風力タービンの設置とメンテナンスのための特別な機器の開発。大型風車関連規格の策定や風力発電技術開発の分析等｝16トピックに関する研究[10]。 「第11次5カ年計画」の終了までに、我が国の風力発電技術の自主研究開発能力は世界トップレベルに近づくことになる。
4.3小型風力タービン
4.3.1小型風力タービン産業の現状
地方の再生可能エネルギーの主な柱の 1 つとして、小規模風力発電産業が発展しています2005今年はかなりの発展を遂げ、小型風力発電産業に従事する開発、研究、生産部門は70家。によると23製造業レポート統計、2005年間の総生産量30kW独立して稼働する以下の小型風力タービン33,253台湾、前年比増加34.4%、ここで200W、300W、500W総生産量24,123台湾、年間総生産量の 1% を占める72.5%；15小型風力タービンを輸出したユニット5,884台湾、前年比増加40.7%、外貨を稼ぐ282.7百万米ドル、主にフィリピン、ベトナムなどに輸出24国と地域。さらに、ガソリン、軽油、灯油の価格高騰と円滑な供給経路の欠如により、内陸部、河川や湖沼、漁船、国境基地、軍隊、気象観測所、マイクロ波基地などのディーゼル発電機のユーザーは、徐々に風力タービンや風力・太陽光ハイブリッド発電システムに切り替えつつあります。
4.3.2小型風力タービン産業の発展傾向
1) 農民や牧畜民の生活水準が向上し、電力消費量が増加し続けるにつれて、小型風力タービンの単一マシンの出力も増加し続けています。50Wこのユニットはもう生産されていません。100W、150W生産台数は年々減少しており、200W、300W、500Wそして1kW台数は年々増加し、年間総生産量の1%を占める80%。
2) 農家は電力を途切れることなく使用したいと考えているため、「風力と太陽光のハイブリッド発電システム」の推進と応用が大幅に加速されており、将来的には複数ユニットの開発が開発の方向性となっています。
3) 国の「再生可能エネルギー法」と「再生可能エネルギー産業指導目録」の制定に伴い、さまざまな支援策や税制優遇政策が導入され、生産企業の生産熱意を確実に高め、産業発展を促進することになる。
4) 現在我が国にもいくつか残っています2.8一万の村、70010,000 世帯、2,800関連する専門家の分析によると、1万人が電気を利用できず、遠隔の山地や農業・牧畜地域に点在して暮らしており、従来の送電網にアクセスするのが困難である700何千人ものユーザーが電気なし、3001 万世帯がマイクロ水力発電を使用して電力消費を解決でき、4001 万世帯が小規模風力発電または風力太陽光ハイブリッド発電を利用して、農民や牧畜民の電力需要を満たすことができます[11]。
4.3.3集中風力エネルギー風力タービン
集中風力エネルギー風車は内モンゴル農業大学新エネルギー技術研究院によって開発され、中国実用新案特許を取得しました（特許番号：ZL942441559)。このタイプの風力タービンは、集中風力エネルギー装置を通じて希薄な風力エネルギーを加速、整流、均質化し、羽根車を駆動して回転させて発電することで、風力エネルギーのエネルギー流密度を高め、自然風の乱流を低減し、風力エネルギーの不安定性やその他の弱点を改善し、風力エネルギーの品質を向上させ、風力発電のコストを削減します。風力タービンは、低カットイン風速、大規模な発電量、低騒音、高い安全性、長寿命、低電気コストという特徴を備えています。
凝縮風力エネルギー風力タービンは、独立して動作することも、風力および太陽光発電の補完的な用途で動作することも、複数の機械ネットワークで動作することもでき、低電圧電力網に統合することもできます。現在開発されている製品シリーズは次のとおりです。200W、300W、600W、1kW、2kW乗組員を待っています。集中風力発電型風力発電機はパイロット試験を経た後、中・大型機への開発が可能です。中国および世界におけるこの新しい風力発電技術の適用は、風力発電システムの電力供給レベルと品質を効果的に改善し、低品位の風力エネルギーを効果的に利用し、風力発電製品の競争力を向上させ、重要な経済的および環境的利点をもたらします。[12]。
5 結び目 オン
将来的には20
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