1.1 风电
1.1.1 风电市场规模快速增长
随着大型并网风力发电机（兆瓦级）制造技术的逐步成熟，世界风力发电规模快速扩张，装机容量和发电量都有迅猛的增长。在全球范围内，风力发电已形成年产值超过50亿美元的产业，在新能源和可再生能源行业中增长最快。现阶段，风力发电技术相对成熟，许多国家投入规模大、发展速度较快，使风电价格不断下降。若考虑环保、政府税收优惠和相关支持政策等因素，有些国家和地区的风电已经可以与火电等传统化石能源展开竞争。
2005年以来，世界风电装机容量快速上升。到2009年，受世界性金融危机影响，风电投资和装机容量略有下降。2012年，世界风电累计装机容量达282.5吉瓦，同比增长9％，约为2000年的15.7倍；其中，新增装机容量达到48.4吉瓦，约为2000年的12倍。
图1-1 2001—2011年世界风电装机总容量和增长率
资料来源：WWEA：《2011年世界风能报告》。
从新增装机容量来看，近年来的世界风电发展格局基本稳定。中国、美国、德国、西班牙和印度是世界风电装机容量规模最大和增长最快的国家，这五个国家的装机容量占世界总装机容量的70％以上。其中，中国是世界上风电发展速度最快的国家，2005—2011年，中国风电装机容量增长49倍，年平均涨幅达89.76％。
表1-1 2005—2011年世界主要国家风电装机总容量和涨幅 单位：兆瓦，％
续表
资料来源：根据《BP世界能源统计2012》数据计算而成。
从近五年的发展趋势看，世界风电新增装机容量的涨幅将趋于稳定。据预测，2011—2016年间，亚洲地区、欧洲地区和北美地区风电新增装机容量增长率为年均5.23％、9.24％和10.54％。到2016年，亚洲风电累计装机容量将居世界第一位，接近北美地区的两倍，约为欧洲累计装机总容量的1.23倍。拉丁美洲地区、太平洋地区和中东非洲地区规模较小，是世界风电市场的有益补充。
图1-2 2011—2016年世界风电累计装机容量预测（分区域）
资料来源：GWEC：Global Wind Report，2011.
1.1.2 风电设备被欧美大型风电公司垄断
从风电设备制造来看，世界风电设备市场基本上还是被欧美大型风电公司所垄断。风力发电机组是风力发电的主要设备，大型风力发电机组主要集中在少数大公司，20％的风电机组生产企业占据着世界约80％的市场。丹麦的Vestal公司与NEG Micon公司合并后，是世界上最大的风力机供应商，市场份额达34％；西班牙的Gamesa公司成为第二大风力机供应商，市场份额达18％；德国的Enercon公司市场份额达15.8％；美国的GE Wind公司市场份额达11.3％。叶片生产制造主要由国外四大叶片制造厂商垄断，包括丹麦的LM及Vestal公司、西班牙的Gamesa公司和德国的Enercon公司。LM公司是世界上风力发电叶片最大的专业制造商，其最大的特色是集设计、结构、空气动力、材料、工艺、制造、测试、实验和生产于一体。
1.1.3 风电装备制造技术前景广阔
1.1.3.1 风电机组技术日趋成熟
图1-3 1980—2010年全球风力发电机单机装机容量变化情况
资料来源：German Wind Energy Institute（DEWI），2006.
（1）大型化是风电机组的发展趋势。目前，世界风力发电市场中的单机容量正持续增大。在1997年以前兆瓦级风力发电机组的市场份额还不及10％，2001年则超过一半，2003年达到70.5％，2005年增至81％，2006年高达87.5％（根据BTM《2006年世界风力发电市场统计报告》）。随着单机容量的不断增大和利用效率的提高，世界上主流机型单机容量已经从2000年的500—1000kW增加到2010年的2—5MW。从图1-3单机装机容量变化趋势来看，风力发电机组单机装机容量基本上每5年翻一倍。目前，风电机组制造商已经开发出5—6MW的风电机组，有的公司已经在开发7.5MW级的风电机组。近年来，近海风能资源的开发进一步加快了大容量风力发电机组的发展，已有公司开发出10MW新型发电机组。
专栏
世界主要风电制造商现状
①Enercon 4.5MW的风力发电机：德国Enercon研制E-112型号的4.5MW巨型风力机成功，风力机转子叶片直径长53m，转子扫掠面积10207m2，相当于一个足球场的面积，机组重440吨，机舱装在116m高度上。2007年在Emden港安装的首台6MW风电机组，转子直径127米。
②Gamesa公司4.5MW的海上风电机组：Gamesa公司开发的4.5MW的海上风电机组（具有集成传动系统、多元智能控制系统、可组合的叶片设计、混合型塔架等特点）。
③三菱重工在研制5MW的风电机组。
④Nordics（恩德）也开始了3—5MW海上风电机组的开发工作。
⑤Reposed在2007年宣布把风电机组的额定功率从5MW提高到6MW，但转子的直径仍为126米。
⑥Clipper风电公司2008年开始为英国“皇冠不动产”研制7.5MW海上风电机组。
⑦国内的华锐风电，已经承接了34台3MW上海东海大桥海上风电场风电机组的任务，于2009年交货。
⑧上海电气在批量生产1.25MW风电机组的基础上，已经研制成功2MW风电机组，3.6MW研制工作也已开始。
⑨金风科技通过收购德国Vensys公司的70％股权，以加快2—3MW级的风电机组的研制速度。
（2）海上风力发电技术将会成为风能技术发展的主要驱动力。鉴于海上风速大，湍流度小，发电量比陆上风电场高20％—40％。另外，对景观和噪声的要求可以放宽，风力机布局有规则。所以可靠性高、单机容量大的海上风力发电机组会成为今后风能技术发展的主要驱动力。但海上风电机组所处环境较复杂，对风电机组控制技术、运输、安装和维护提出了更高的要求。目前，海上风力发电机组主要有Vestas公司的3MW机组、Siemens公司的3.6MW机组、GE公司的3.6MW机组、Repower公司的5MW机组、华锐风电的3MW机组。
（3）变桨距调节方式将会逐步取代定桨距失速调节方式[1]。变桨距调节能够按最佳参数运行，额定风速以下具有较高的风能利用系数，功率曲线饱满；额定风速以上功率输出稳定，不会造成发电机超负荷；较定距失速式整机受力状况得到改善，而且年发电量大。由于变桨功率调节方式具有载荷控制平稳、安全和高效等优点，近年来在大型风力发电机组上得到广泛采用。随着大型风力发电机组风轮直径的增加，每个叶片在实际运行过程中的受力不均衡性也越来越明显，为了保证安全顺桨，需要研究独立变桨控制技术。该项技术涉及变频技术、电机驱动、精确控制、机械联动、空气动力学等多学科领域，是大型风力发电机组控制领域研究的热点之一。
（4）变速运行方式将会取代恒速运行方式。变速运行，在低风速时能够调节发电机反转矩以使转速跟随风速变化，从而保持最佳叶尖速比以获得最大风能；高风速时能够利用风轮转速的变化存储或释放部分能量，从而提高传动系统的柔性，使得功率输出更加平稳，以获得最大功率产出。
（5）直驱式、半直驱式全功率变流技术应用。无齿轮箱的直驱方式能有效地减少由于齿轮箱问题而造成的机组故障，可有效提高系统的运行可靠性和寿命，减少维护成本，因而得到了市场的青睐。未来直驱式的市场份额会越来越大。早在2006年，ENERCON公司生产的直驱式风力发电机组在德国市场销售量已经跃居第一。
1.1.3.2 风电并网技术
并网发电是风能利用的主要形式，保证风电场向电网输电的电能品质是电网稳定安全运行的需要，也是风能持续发展的重要条件。随着风电机组技术的进步，风力发电与电网之间的关系日益密切。风力发电与电网互连时有三类需要关注的问题：①并网瞬间的安全问题，包括并网时是否有足够的容量，以及并网后对电网以及网内其他用户产生什么影响；②电网稳定性的要求，国外已经制定了相关的规定来规范化风力发电的发展，中国已经着手准备这方面的工作，相关研究工作正在进展；③依据电网与风力发电之间的匹配关系，进一步规划电网，加快风力发电大规模应用的进程。
在解决风电并网系统的方案中，轻型直流输电技术（柔性直流输电技术）开始得到应用。[2]据介绍，ABB、西门子等公司研发的轻型直流输电技术可用作风电场并网系统的解决方案。轻型直流输电采用GTO、IGBT等可关断的器件组成电压源变换器，故特别适用在分布式发电和输电系统中，接入风电等分布式能源，可用于向孤立小系统（海上石油平台、海岛）的供电，还可用于城市配电系统，向中心城区供电等。国外轻型直流输电系统主要运用于输送功率的范围在350MW及以下、直流电压在±150kV及以下的系统。对轻型直流输电技术，ABB公司称为HVDC Light，西门子公司称为HVDC Plus。我国电力部门也已开始筹建轻型直流输电的示范工程。