風是最常見的自然現象之壹，是太陽對地球表面不均衡加熱而引起的"空氣流動"，流動空氣具有的動能稱之為風能。因此，風能是壹種廣義的太陽能。據世界氣象組織（WMO）和中國氣象局氣象科學研究院分析，地球上可利用的風能資源為200億kW，是地球上可利用水能的20倍。中國陸地10m高度層可利用的風能為2.53億kW，海上可利用的風能是陸地上的3倍，50m高度層可利用的風能是10m高度層的2倍，風能資源非常豐富。
風能是壹種技術比較成熟、很有開發利用前景的可再生能源之壹。風能的利用方式不僅有風力發電、風力提水，而且還有風力致熱、風帆助航等。因此，開發利用風能對世界各國科技工作者具有極強的魅力，從而喚起了世界眾多的科學家致力於風能利用方面的研究。在本文中，將對國內外風力發電技術的現狀和發展趨勢進行論述。
風力發電基本知識編輯本段 1 風能的計算公式
空氣運動具有動能。風能是指風所具有的動能。如果風力發電機葉輪的斷面積為A，則當風速為V的風流經葉輪時，單位時間風傳遞給葉輪的風能為
（1）其中：單位時間質量流量m=ρAV（2）在實際中， （3）式中：
PW-每秒空氣流過風力發電機葉輪斷面面積的風能，即風能功率，W；
Cp-葉輪的風能利用系數；
hm-齒輪箱和傳動系統的機械效率，壹般為0.80-0.95，直驅式風力發電機為1.0；
he-發電機效率，壹般為0.70-0.98；
r-空氣密度，kg/m3；
A-風力發電機葉輪旋轉壹周所掃過的面積，m2；
V-風速，m/s。
2 貝茨（Betz）理論
第壹個關於風輪的完整理論是由德國哥廷根研究所的A·貝茨於1926年建立的。
貝茨假定風輪是理想的，也就是說沒有輪轂，而葉片數是無窮多，並且對通過風輪的氣流沒有阻力。因此這是壹個純粹的能量轉換器。此外還進壹步假設氣流在整個風輪掃掠面上的氣流是均勻的，氣流速度的方向無論在風輪前後還是通過時都是沿著風輪軸線的。
通過分析壹個放置在移動空氣中的"理想"風輪得出風輪所能產生的最大功率為
（4）式中：Pmax-風輪所能產生的最大功率；
-空氣密度，kg/m3；
A-風力發電機葉輪旋轉壹周所掃過的面積，m2；
V-風速，m/s。
這個表達式稱為貝茨公式。其假定條件是風速與風輪軸方向壹致並在整個風輪掃掠面上是均勻的。
將(4)式除以氣流通過掃掠面A時風所具有的動能，可推得風力機的理論最大效率
貝茲（Betz）理論的極限值。它說明，風力機從自然風中所能索取的能量是有限的，其功率損失部分可以解釋為留在尾流中的旋轉動能。
能量的轉換將導致功率的下降，它隨所采用的風力機和發電機的型式而異，因此，風力機的實際風能利用系數Cp<0.593[3]。
3 溫度、大氣壓力和空氣密度
通過溫度計和氣壓計測試出實驗地點的環境溫度和大氣壓，由下式計算出空氣密度。
式中：ρ-空氣密度，kg/m3；
h-當地大氣壓力，Pa；
t-溫度，℃。
從空氣密度公式可以看出，空氣密度的大小與大氣壓力、溫度有關。
4 風力機的主要組成
1) 小型風力發電機
小型水平軸風力機主要組成部分有：風輪、發電機、塔架、調向機構、蓄能系統、逆變器等。
（1）風輪
風輪是風力機從風中吸收能量的部件，其作用是把空氣流動的動能轉變為風輪旋轉的機械能。水平軸風力發電機的風輪是由1~3個葉片組成的。葉片的結構形式多樣，材料因風力機型號和功率大小而定，如木心外蒙玻璃鋼葉片、玻璃纖維增強塑料樹脂葉片等。
（2）發電機
在風力發電機中，已采用的發電機有3種，即直流發電機、同步交流發電機和異步交流發電機。小型風力發電機多采用同步或異步交流發電機，發出的交流電通過整流裝置轉換成直流電。
（3）塔架
塔架用於支撐 發電機和調向機構等。因風速隨離地面的高度增加而增加，塔架越高，風輪單位面積捕捉的風能越多，但造價、安裝費等也隨之加大。
（4）調向機構
垂直軸風力機可接受任何方向吹來的風，因此不需要調向機構。對於水平軸風力機，為了得到最高的風能利用效率，應用風輪的旋轉面經常對準風向，需要對風裝置。常用的調向機構主要有尾舵、舵輪、電動對風裝置。
（5）限速機構
當風速高於風力機的設計風速時，為了防止葉片損壞，需要對風輪轉速進行控制。
（6）貯能裝置
貯能裝置對獨立運行的小型風力機是十分重要的。其貯能方式有熱能貯能、化學能貯存。
（7）逆變器
用於將直流電轉換為交流電，以滿足交流電氣設備用電的要求。
2) 大型風力發電機
大型風力發電機組由兩大部分組成：氣動機械部分和電氣部分。氣動機械部分包括風輪、低速軸、增速齒輪箱、高速軸，其功能是驅動發電機轉子，將風能轉換為機械能。電氣部分包括異步發電機、電力電子變頻器、變壓器和電網，其功能是將機械能轉換為頻率恒定的電能。近年來，又研制成功了直驅式變速恒頻風力發電機組（無增速齒輪箱）。
風力機與風力發電技術編輯本段 1 風力機與風力發電技術的發展史
風能，是人類最早使用的能源之壹。遠在公元前2000年，埃及、波斯等國已出現帆船和風磨，中世紀荷蘭與美國已有用於排灌的水平軸風車。我國是世界上最早利用風能的國家之壹，早在距今1800年前，我國就有風力提水的記載。1890年丹麥的P·拉庫爾研制成功了風力發電機，1908年丹麥已建成幾百個小型風力發電站。自二十世紀初至二十世紀六十年代末，壹些國家對風能資源的開發，尚處於小規模的利用階段。
隨著大型水電、火電機組的采用和電力系統的發展，1970年以前研制的中、大型風力發電機組因造價高和可靠性差而逐漸被淘汰，到二十世紀六十年代末相繼都停止了運轉。這壹階段的試驗研究表明，這些中、大型機組壹般在技術上還是可行的，它為二十世紀七十年代後期的大發展奠定了基礎。
1980年以來，國際上風力發電機技術日益走向商業化。主要機組容量有300kW、600kW、750kW、850kW、1MW、2MW。1991年丹麥在Vindeby建成了世界上第壹個海上風電場，由11臺丹麥Bonus 450kW單機組成，總裝機4.95MW。隨後荷蘭、瑞典、英國相繼建成了自己的海上風電場。
目前，已經備離岸風力發電設備商業生產能力的廠家，主要有丹麥的Vestas（包括被其整合的NEG-Micon），美國的GE風能，德國的Nordex、Repower、Pfleiderer/Prokon、Bonus和德國著名的Enercon公司。單機額定功率覆蓋範圍從2MW、2.3MW、3.6MW、4.2MW、4.5MW到5MW。葉輪直徑從80m、82.4m、100m、110m、114m、116m到126m。
2 風力機的種類
風力發電機是把風能轉換為電能的裝置，鑒於風力發電機種類繁多，因此分類法也是多種。按葉片數量分，單葉片，雙葉片，三葉片，四葉片和多葉片；按主軸與地面的相對位置分，水平軸、垂直軸(立軸)式；按槳葉工作原理分，升力型、阻力型。目前風力發電機三葉片水平軸類型居多。
水平軸風力機，風輪的旋轉軸與風向平行；垂直軸風力機，風輪的旋轉軸垂直於地面或氣流方向。
國內外風力發電的現狀編輯本段 1 世界風力發電的現狀
目前，中、大型風力發電機組已在世界上40多個國家陸地和近海並網運行，風電增長率比其它電源增長率高的趨勢仍然繼續。如表1所示，截止2005年12月31日世界裝機容量已達58,982MW，年裝機容量為11,310MW，增長率為24%；風力發電量占全球電量的1%，部分國家及地區已達20%甚至更多。2005年世界風電累計裝機容量最多的十個國家見表2，前十名合計51750.9MW，約占世界總裝機容量的87.7%。
2005年國際風電市場份額的分布多樣化進程呈持續發展趨勢：有11個國家的裝機容量已高於1,000MW，其中7個歐洲國家（德國、西班牙、意大利、丹麥、英國、荷蘭、葡萄牙），3個亞洲國家（印度、中國、日本），還有美國。亞洲正成為發展全球風電的新生力量，其增長率為48%。
2002年歐洲風能協會（EWEA）與綠色和平組織（Greenpeace International）發表了壹份標題為"風力 12（Wind Force 12）"的報告，勾畫了風電在2020年達到世界電量12%的藍圖。報告聲明這份文件不是預測，而是從世界風能資源、世界電力需求的增長和電網容量、風電市場發展趨勢和潛在的增長率、與核電和大水電等其他電源技術發展歷程的比較以及減排CO2等溫室氣體的要求，論證了風電達到世界電量12%的可能性。報告還指出中國2020年風電裝機有可能達到1.7億千瓦。
2 國內風力發電的現狀
根據國家氣象科學院的估算，我國陸地地面10米高度層風能的理論可開發量為32億kW，實際可開發量為2.53億kW。海上風能可開發量是陸地風能儲量的3倍。
內蒙古 實際可開發量 0.618億kW
西藏 實際可開發量 0.408億kW
新疆 實際可開發量 0.343億kW
青海 實際可開發量 0.242億kW
黑龍江 實際可開發量 0.172億kW
2005年中國除臺灣省外新增風電機組592臺，裝機容量50.3萬kW。與2004年當年新增裝機19.8萬kW相比，2005年當年新增裝機增長率為254%。
截至2005年底，中國除臺灣省外累計風電機組1864臺，裝機容量126.6萬kW，風電場62個。分布在15個省（市、自治區、特別行政區），它們按裝機容量排序如表3所示。與2004年累計裝機76.4萬kW相比，2005年累計裝機增長率為65.6%。2005年風電上網電量約15.3億kW.h[9]。
中國"十壹五"國家科技支撐計劃重大項目"大功率風電機組研制與示範"支持1.5~2.5MW、2.5MW以上雙饋式變速恒頻風電機組的研制；1.5~2.5MW、2.5MW以上直驅式變速恒頻風電機組的研制；1.5MW以上風電機組葉片、齒輪箱、雙饋式發電機、直驅式永磁發電機的研制及產業化；1.5MW以上雙饋式風電機組控制系統及變流器、直驅式風電機組控制系統及變流器的研制及產業化；近海風電場建設關鍵技術的研究；近海風電機組安裝及維護專用設備的研制；大型風電機組相關標準制定及風電技術發展分析等16個課題的研究。"十壹五"末，我國風電技術的自主研發能力將接近世界前沿水平。
3小型風力發電機
小型風力發電機行業現狀
作為農村可再生能源主要支柱之壹的小型風力發電行業在2005年度得到長足的發展，從事小型風電產業的開發、研制、生產單位達到70家。據23個生產企業報表統計，2005年***生產30kW以下獨立運行的小型風力發電機組***33,253臺，比上年增長34.4%，其中200W、300W、500W機組***生產24,123臺，占全年總產量的72.5%；15個單位***出口小型風力發電機組5,884臺，比上年增長40.7%，創匯282.7萬美元，主要出口到菲律賓、越南等24個國家和地區。並且，由於汽油、柴油、煤油價格飛漲，且供應渠道不暢通，內陸、江湖、漁船、邊防哨所、部隊、氣象站和微波站等使用柴油發電機的用戶逐步改用風力發電機或風光互補發電系統。
小型風力發電機行業發展趨勢
1) 由於廣大農牧民生活水平提高、用電量不斷增加，因此小型風力發電機組單機功率在繼續提高，50W機組不再生產，100W、150W機組產量逐年下降，而200W、300W、500W和1kW機組逐年增加，占總年產量的80%。
2) 由於廣大農民迫切希望不間斷用電，因此"風光互補發電系統"的推廣應用明顯加快，並向多臺組合式發展，成為今後壹段時間的發展方向。
3) 隨著國家《可再生能源法》及《可再生能源產業指導目錄》的制定，相繼還會有多種配套措施及稅收優惠扶植政策出臺，必將提高生產企業的生產積極性，促進產業發展。
4) 目前我國尚有2.8萬個村、700萬戶、2,800萬人口沒有用上電，且分散居住在邊遠山區、農牧區、常規電網很難達到，有關專家分析700萬無電用戶中、300萬戶可用微水電解決用電，而400萬戶可以用小型風力發電或風光互補發電，滿足農牧民用電需要。
濃縮風能型風力發電機
濃縮風能型風力發電機由內蒙古農業大學新能源技術研究所研制，已獲得中國實用新型專利（專利號：ZL94244155.9）。該型風電機組將稀薄的風能經濃縮風能裝置加速、整流和均勻化後驅動葉輪旋轉發電，從而提高了風能的能流密度，降低了自然風的湍流度，改善了風能的不穩定等弱點，提高了風能品位，降低了風電度電成本。該風力發電機具有的切入風速低、發電量大、噪音低、安全性高、壽命長、度電成本低等特點。
濃縮風能型風力發電機可獨立運行、風光互補運行、多機聯網運行和並入低壓電網運行。現已研制開發的系列產品有200W、300W、600W、1kW、2kW等機組。濃縮風能型風力發電機經過中試後，可以向中、大型機組發展。這種新型風電技術在中國和世界的應用，將有效地提高風電系統的供電水平和質量，有效地利用低品位的風能，提高風電商品競爭力，具有重要的經濟益和生態環保效益。
結論
在今後的20年內，國際上風力發電產業將是增長速度最快的產業，風力發電技術也將進入快速發展的黃金時期；在中國，並網型風力發電機組裝機容量增長速度將明顯加快，令世界矚目，離網型風力發電機組發展的地域廣、潛力大，裝機總容量最終將超過並網型風力發電機組。