一、产业背景与行业发展趋势
能源是人类社会赖以生存与发展的基础，它是现代经济发展的重要支柱，同时也是国民经济发展的重要战略物资。能源的开发与利用极大地促进了人类社会与世界经济的进步与发展。在当今社会，能源的应用主要依赖于传统的化石能源，全球总能耗的74%来自煤炭、石油、天然气等矿物能源。传统能源的应用推动了社会的发展，但在享受能源所带来的各种利益的同时，也随之出现了一系列能源问题：能源短缺以及由能源过度消耗所引起的环境污染等严重威胁着人类的生存与发展。于是世界各国纷纷把发展可再生能源与新能源作为未来能源战略的重要组成部分，截止到目前，全球有三十多个发达国家和十几个发展中国家制定了本国的可再生能源发展目标[1]。
积极寻求开发新能源始于20世纪70年代，在此期间由于受两次石油危机的影响，西方发达国家加快了新能源开发、利用的步伐。步入21世纪以来，面对能源短缺、石油价格大幅攀升、全球气候变暖等日益严峻的形势，世界各国再一次掀起发展新能源的高潮。
与此同时，2008年爆发的国际金融危机对全球经济的影响并未完全消退；美国、欧盟等不断爆发债务危机。在此背景下，新能源产业的发展势必会成为经济增长的新突破口，带动全球经济发展的新一轮复苏。作为能源消耗大国的中国，要做到缓解经济发展、环境保护、能源消费之间的矛盾，就要转变经济发展方式，坚持走新型工业化道路，大力发展新能源产业，实现经济与社会的可持续发展。
新能源主要指的是太阳能、风能、核能、水能等清洁能源，其中太阳能发电，也就是光伏发电具有很大的发展优势。中国76%的国土光照充沛，光能资源分布较为均匀；与水电、风电、核电等相比，光伏发电没有任何污物排放和噪声，应用技术成熟，安全可靠。
1.新能源产业现状
目前，世界能源消费以化石能源为主。随着经济社会的不断发展，人类面临的化石能源短缺危机日益严峻；与此同时，人类大规模的开发利用化石能源，导致了严峻的气候变化、生态破坏等问题，严重威胁着人类社会的可持续生存与发展。在此背景下，许多国家和地区都将清洁、无污染的新能源和可再生能源纳入其能源发展战略，成为能源发展战略的重要组成部分，推动新能源和可再生能源发展，最终替代常规化石能源。
2005年2月16日，《京都议定书》的正式生效成为世界各国尤其是欧洲发展新能源和可再生能源的新动力。欧盟一些国家，如德国、西班牙等纷纷修订了新能源和可再生能源政策法规；与此同时，2005年8月，在美国出台的能源政策法案中也明确了支持可再生能源、发展新能源的内容；中国在2005年2月也颁布了《可再生能源法》，提出改善能源结构，保障能源安全，在新能源的开展、建设上取得了重大进步。时至今日，全世界有30多个发达国家和100多个发展中国家制订了全国可行性的能源战略发展计划。
中国能源消费已经位居世界第一，中国能源资源对外依存度逐年增加，为世界能源资源市场的发展提供了广阔的空间，同时给世界能源资源市场带来了巨大的影响。2012年，一次能源消费总量为36.2亿吨标准煤。中国高度重视优化能源消费结构，煤炭在一次能源消费中的比重由1980年的72.2%下降到2012年的66.6%，其他能源比重由27.8%上升到33.4%。其中可再生能源和核电比重由4.0%提高到9.4%。
中国工业节能与清洁生产协会、中国节能环保集团公司等机构共同编撰发布了《中国节能减排发展报告》。该报告对包括太阳能、风能、生物质能、核能在内的我国新兴能源产业现状数据进行了全面更新，除此之外，还对我国新兴能源产业现状进行了分析。
（1）光伏产业高速发展。在严峻的能源危机形势与生态破坏的压力下，在技术进步推动中，在政策法规的强有力保障下，光伏产业自20世纪90年代后半期进入了高速发展时期。光伏产业的快速发展得益于光伏自身具有的独特优势：首先，太阳能能源资源具有无限性；其次，光电过程中不需要消耗任何其他形式的自然资源；最后，光电的清洁性、安静性使其最具有可持续发展的理想特征。
步入21世纪后，太阳能光伏发电成本大幅下降，在政府相关政策的积极带动下，中国的光电市场进入了快速的发展历程，国家先后制订了“中国光明工程”“西藏阿里光电计划”“西藏无电县建设”“送电到乡工程”等相关计划。在2009年，中国又接连启动了“光电建设”“金太阳示范工程”、敦煌大型荒漠光伏电站招标等多个项目，通过这些项目的带动，中国新增光伏装机量的增长率都在100%以上。尤其是2011年国家颁布的上网电价补贴措施，有效地刺激了光伏应用市场的发展，使得2011年中国新增光伏装机容量增长近5倍，呈现爆发式增长。
随着光伏技术的进步和市场的迅猛发展，光伏产品供给能力（产能）也在迅速膨胀。2005年，晶体硅电池生产设备标准线的出现，是世上首条25MW级的生产线，使生产效率大大提升。
2010年和2011年，欧洲市场的大力需求[2]，再次刺激了资本对光伏产品供应环节的投入；2011年上半年，中国大陆大量民间资本再次涌入了光伏产品制造环节，使2011年和2012年光伏产品供给能力再次出现大幅度增长。
与此同时，2010年9月国务院发布了《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，制定了包括新能源产业在内的专项产业发展规划，明确指出了“开拓多元化的太阳能光伏光热发电市场”，以形成新的经济增长点。受政策驱使，全国各省普遍把战略性新兴产业作为推动当地GDP发展的核心动力，光伏产品以超强的吸引力而备受关注。
目前中国已成为全球最大的太阳能电池生产国。近年来，在全球光伏产业飞速发展的背景下，国内光伏产业产量尤其是太阳能电池生产量也在不断增加，截至2011年，中国太阳能电池产量达到21GW，同比增长一倍多。
但中国光伏产业各产业链环节的产能利用率较低，2008～2011年多晶硅产能利用率分别为28%、29%、60%、54.1%；太阳能电池产能利用率分别为50.9%、60%、58%、54.7%；组件的产能利用率分别为52%、52.7%、53.3%、53.3%。根据威廉·史蒂文森对企业产能利用率的解释：一般情况下，如果一个行业的产能利用率能够达到85%，那么就可以认为该行业的产能实现了充分利用；如果产能利用率明显低于79%，那么该行业就可能存在产能过剩，这样就有可能压抑企业投资的热情。从中国光伏产业各产业链环节的产能利用率数据可以看出，我国光伏产业链各主要环节的产能利用率都比较低，明显低于79%的水平。因此，从产能利用率的指标来看，我国光伏产业出现了产能过剩。产能过剩的直接后果就是相关产品价格的持续下降，据统计，2012年1月，多晶硅市场价格大约为31美元/kg，而到同年6月底，市场价格已经跌至约24美元/kg。光伏产品价格的持续下跌导致光伏企业利润急剧下滑，有的企业甚至出现了亏损。
虽然现在广大光伏企业经营困难、负债累累，但光伏市场并没有萎缩，而是仍然保持着持续高速增长的势态。各国政府也一直在积极推进光伏产业的发展：日本已经将光伏发电提升到新能源发展的首要位置；美国克林顿之后的几届政府尤其是奥巴马一直大力支持光伏产业，施瓦辛格还亲自为光伏做公益广告；虽然欧洲债务危机影响了经济发展，补贴下调，但是这几年的市场依然保持着增长态势。
据EPIA（欧洲光伏产业协会）的预测，2015年新增装机容量将达45～50GW，2011～2015年全球新增装机容量年度复合增长率将在20%以上。从光伏市场发展现状和趋势以及持续增长的产业价值来看，包括中国光伏产业在内的整个光伏产业现仍处于成长期。其一个明显的特征就是市场依然保持快速增长，虽然产品价格在下降，但是产业价值一直保持着较强的上升趋势。
（2）核电规模迅速扩大。中国是继美国、英国、法国、前苏联、加拿大和瑞典之后，世界上第七个能自主设计和建造核电站的国家，但报告评论称，我国核电的发展状况与核大国的地位极不相称。
由于核电产业发展存在潜在优势以及当时核电市场蓬勃发展的直接影响，1981年11月，国务院正式批准自主建设秦山核电站（30万千瓦压水堆原型电站），经过二十多年的不断发展，至2013年底，我国核电发电量和装机容量的比重分别为2.11%和1.19%，在拥有核电的国家中是很低的。2012年，我国核电发电量为980亿kW·h，仅占全国总发电量（4.85万亿kW·h）的1.97%，与全球核电发电量占总发电量的平均水平11%相比，仍有较大距离，我国核电仍有很大的发展空间。
国务院于2006年3月审议并原则通过了《核电中长期发展规划（2005～2020）》（以下简称《规划》）。该《规划》指出，积极推进核电产业的建设发展是国家重要的能源战略组成部分，核电产业的发展不仅可以满足由经济、社会发展而产生的不断增长的能源需求，还可以实现能源、经济、生态环境三者协调发展，最终提升国家的综合经济实力与工业技术水平，因此，发展核电产业具有重要意义。此外，国家的“十二五”规划也明确提出要积极发展核电产业，根据“十二五”发展规划要求，到2020年，中国已建和在建核电装机容量将达到8800万kW，这意味着，中国的核电产业发展从“适度发展”进入到了“积极发展”时期。
截至2014年3月，我国已建和在建核电装机容量约为4870万kW，而按照每台机组装机容量为100万kW推算，2020年前中国平均每年将有6台机组开工建设。根据上述规划，中国将迎来核电开工建设的高潮，高峰时段预计将同时在建约40台机组。
（3）风电装机容量全球第一。作为21世纪理想的替代能源，风能的开发与利用受到了世界各国的高度重视，从而发展迅速。目前，通过风力发电是风能利用的主要方式。由于风电技术的不断进步与风电应用规模的不断扩大，风电成本持续下降。在经济性方面，风电资源与常规能源已无明显差异。2011年，全世界对风电的投资达到500亿欧元。目前，风力发电在全世界电力来源中所占比例约为3%。根据世界风能协会和国际绿色和平组织预测：到2020年，风力发电产生的能源将占世界能源总量的12%；到2050年，将增至30%。
现今，世界上许多国家都在大规模发展风电产业，将其作为能源安全与保护环境的重要手段，风电产业的发展可以满足今后10～20年新增电力的需求，且其增长速度在很大程度上大大高于传统能源。
近年来，中国风电产业的发展取得了十足的进步。目前中国累计风电装机容量排名世界第一，2012年新增风电装机1296万kW，累计装机7532万kW，并网6230万kW，年发电量1004亿kW·h。
2013年，中国（不包括台湾地区），新增装机容量16088.7MW，同比增长24.1%；累计装机容量91412.89MW，同比增长21.4%。新增装机和累计装机两项数据均居世界第一。
但是，清华大学教授、教育部科技委主任倪维斗表示，我国风电一哄而上的情形很突出。其实，风能发电成本较高，且有地域限制，目前在国内并没有得到推广。此外，风电企业大多依赖国家补贴，关键技术仍由国外引进。
（4）生物质能源资源不足。2010年，全国沼气发电容量为80万kW，预计2020年，将达到150万kW；2010年，垃圾焚烧发电装机量达到50万kW，预计到2020年，垃圾焚烧发电总装机量将达到200万kW以上。此外，截至2012年年底，全国共生产销售燃料乙醇2200万t，我国已成为全球第三大燃料乙醇生产国，仅次于巴西和美国。目前，全国有7家万吨级生物柴油生产企业，生物柴油年产量超过100万t。
但同时报告也指出，目前，我国生物质能源的发展面临一些瓶颈问题，包括生物质资源不足、品质不佳、收集困难、难于转化等。据厦门大学中国能源经济研究中心主任林伯强介绍，生物质能的利用比较零散，难以形成规模效应，预计未来几年所占比重仍不会太大。
2.新能源产业的发展前景
当前，中国经济社会刚刚进入工业化与城市化迅速发展时期。在未来相当长的一段时间内，中国仍会保持强劲的发展态势，产生大量的能源需求。自1978年改革开放后，中国经济已保持了30多年的高经济增长率。如果没有极其特殊的、不可抗拒性的因素，按照中国目前现代化战略部署，到2020年，中国人均国内生产总值（GDP）水平将比2000年增长4倍，达到当时世界发展中国家的平均水平；到2030年，中国人均GDP水平将比2000年增加将近10倍左右，进而成为新兴工业化国家，实现以工业化为重心的现代化；接下来持续发展下去，中国将成为后工业化时期的经济大国，至21世纪中叶进入中等发达国家行列。
近些年来，国内外众多研究机构都曾对中国未来能源资源消耗进行多次预测。2007年，国际能源署和中国科学院分别对中国未来能源资源消耗量与能源资源消费结构进行了预测。但是，不确定性的因素众多，中国的能源未来难以预测。中国经济的增长速度，就是影响中国能源资源未来需求的一个主要的不确定性因素。
时至今日，中国已经成为世界第一大能源消费国，同时作为世界上最大的二氧化碳排放国，尽管中国的人均排放水平仍只有美国的1/4、日本的1/2，中国将面临越来越大的国际压力。大力发展新能源产业，将是中国解决能源环境问题，履行对国际社会承诺的重要突破之一。
目前，煤电之争，太阳能、风能的发展都涉及价格或补贴问题，一旦理顺资源价格体系，将会促进能源特别是新能源的持续健康发展。国家能源委员会将牵头制定国家能源战略规划，以指导能源中长期开发建设，覆盖时间预计超过20年。国家能源战略规划将重点调整能源结构多元化发展，发展核能及生物质能源、水能、风能等。
“十二五”期间，中国把新能源产业列入了国家重点支持的七大领域之一，不但国家政策支持，各地方也制定了很多优惠政策鼓励企业发展新能源产业。2011年3月16日发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》提出“大力发展节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料、新能源汽车等战略性新兴产业。节能环保产业重点发展高效节能、先进环保、资源循环利用关键技术装备、产品和服务。”“新能源产业重点发展新一代核能、太阳能热利用和光伏光热发电、风电技术装备、智能电网、生物质能。”据2011年3月权威部门消息，备受关注的新能源规划将最终定名为《新兴能源产业发展规划》。国家能源局、工业与信息化部等多个部委参与了这一规划的起草，经过多次修改和完善，目前该规划已通过国家发改委的审批，上报国务院。
业内人士认为，预计新能源发展规划出台后，未来十年我国新能源投资将达5万亿元。这一规划重点支持的领域集中在风能、太阳能、核能、生物质能、水能、煤炭的清洁化利用、智能电网七大方面。在具体实施路径、发展规模以及重大政策举措等方面，对新能源的开发利用和传统能源的升级变革进行了部署。根据规划，预计到2020年，中国新能源发电装机量2.9亿kW，约占总装机量的17%。其中，核电装机量将达到7000万kW，风电装机量接近1.5亿kW，太阳能发电装机量将达到2000万kW，生物质能发电装机量将达到3000万kW。据规划预计，新兴能源产业规划实施以后，到2020年将大大减缓对煤炭需求的过度依赖，能使当年的二氧化硫排放量减少约780万t，当年的二氧化碳排放量减少约12亿t。规划期累积直接增加投资5万亿元，每年增加产值1.5万亿元，增加社会就业岗位1500万个。可以预见，中国新能源产业的发展前景将十分广阔。
江苏新能源产业介绍
进入新世纪以来，江苏省新能源产业出现快速发展，光伏产业、风能产业、生物质能产业皆已崭露头角，产业竞争力显著提高。尽管受到2008年金融危机的冲击，新能源产业仍然保持了良好的发展势头。截至2009年3月，全省已建成新能源发电工程24个，形成生活垃圾日处理能力10300t、秸秆年处理能力181万t、风能资源发电能力64.225万kW的规模。目前，江苏省新能源企业至少有500家，投入资金超过300亿元。
江苏省光伏产业发展势头日趋强劲，产业规模居全国首位。初步形成了相对完整的产业链，全省形成了从高纯多晶硅、硅片、电池、组件、集成系统设备到光伏应用产品的较为完整的一条产业链，涌现了一批具有自主知识产权和自主品牌的重点骨干企业，8家光伏企业成功上市，近20家企业年产值超10亿元。呈现出上游企业有所发展、中游企业迅速壮大、下游企业不断涌现的特点，形成了“全国光伏看江苏”的格局。
江苏省风能制造产业具备一定规模和水平的风能机组制造能力、关键零部件制造能力和风电配套能力，已形成较强的集群优势。无锡、常州、镇江、南通、盐城等地主要生产年产100台以上兆瓦级风电整机；扬州主要生产小型家用风电整机；南京、无锡、盐城等地主要生产叶片、塔筒、法兰、轮毂、底盘、主轴、回转支承以及特种电缆、变压器等关键部件和配套产品。据不完全统计，全省有风电产业关联企业已达150多家，这些企业主要集中在南京、常州、无锡、南通、盐城等地区。全省风电整机制造能力达100万kW，风电装备成套机组制造企业数量居全国首位，风力发电机和高速齿轮箱、回转支承等关键零部件在国内市场占有率达50%。风力发电1.5兆瓦机组形成批量生产，2兆瓦机组试制成功，3兆瓦机组研制进展顺利。
生物质直燃锅炉、百万千瓦压水堆核电站核关键阀门等一批高新技术和产品填补国内空白，达到国际先进水平。
但是，江苏省新能源产业仍然存在一些问题和制约瓶颈：一是国内市场刚刚启动，国内需求对新能源产业的拉动作用有待提高；二是企业创新能力不足，产品成本偏高，影响新能源并网发电的推广应用；三是部分国产化设备质量、性能及技术水平与国外同类产品尚有差距，许多关键设备依赖进口；四是装备产业技术门槛较高，专业技术人才缺乏，制约产业发展。
应该看到，江苏省区位优势明显，产业基础较好，科教资源丰富，与全球经济技术合作密切，发展新能源产业的综合配套条件较为优越。世界各地对新能源发展重视程度日益提高，产业发展空间广阔。必须抓住历史机遇，采取切实有效措施，推动新能源产业健康快速发展。
3.新能源应用技术专业的发展
（1）新能源的分类及其含义。
①太阳能：太阳能一般指太阳光的辐射能量。太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式，广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能、化学能、水的势能等由太阳能导致或转化成的能量形式。利用太阳能的方法主要有：通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能的太阳能电池；利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电的太阳能热水器等。
②核能：核能是通过转化其质量从原子核释放的能量，符合阿尔伯特·爱因斯坦的方程E=mc2；其中E代表能量，m代表质量，c代表光速常量。
③海洋能：海洋能指蕴藏于海水中的各种新能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐度差能等。这些新能源都具有可再生性和不污染环境等优点，是一项亟待开发利用的具有战略意义的新能源。据科学家推算，地球上波浪蕴藏的电能高达90万亿kW·h。海上导航浮标和灯塔已经应用波浪发电机发出的电来照明，大型波浪发电机组也已问世。我国也在对波浪发电进行研究和试验，并制成了供航标灯使用的发电装置。据世界动力会议估计，到2020年，全世界潮汐发电量将达到1000亿～3000亿kW。世界上最大的潮汐发电站是法国北部英吉利海峡上的朗斯河口电站，发电能力为24万kW，已经工作了30多年。中国在浙江省建造了江厦潮汐电站，总容量达到3000kW。
④风能：风能是由于空气流动所形成的新能源。风能与其他能源相比，具有明显的优势：它蕴藏量大，是水能的10倍；分布广泛，永不枯竭；对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。风力发电，是当代人利用风能最常见的形式，自19世纪末，丹麦研制风力发电机成功以来，人们认识到石油等能源会枯竭，才重视风能的发展。
⑤生物质能：生物质能来源于生物质，也是太阳能以化学能形式储存于生物中的一种新能源，它直接或间接地来源于植物的光合作用。生物质能是储存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态或气态的燃料。地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的新能源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿t，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10～20倍，但利用率不到3%。
⑥地热能：地球内部热源可来自重力分异、潮汐摩擦、化学反应和放射性元素衰变释放的能量等。放射性热能是地球主要热源。中国地热资源丰富，分布广泛，已有地热点5500处，地热田45个，地热资源总量约320万MW。
⑦氢能：氢能在众多新能源中，以其重量轻、无污染、热值高、应用面广等独特优点脱颖而出，势必成为21世纪的理想新能源。氢能可以作飞机、汽车的燃料，也可以用作推动火箭动力。
（2）新能源应用技术专业的主要研究方向。新能源应用技术专业主要分为三个方向，分别为太阳能光热技术，太阳能光伏发电技术和风力发电技术。此外，考虑风能和太阳能的互补优势，风光互补发电技术是新能源应用发展的另一重点方向。
①太阳能光热技术：太阳能光热技术是指将太阳辐射能转化为热能进行利用的技术。太阳能光热技术的利用通常可分为直接利用和间接利用两种形式。常见的直接利用方式有利用太阳能空气集热器进行供暖或物料干燥，利用太阳能热水器提供生活热水，基于集热—储热原理的间接加热式被动太阳房和利用太阳能加热空气产生的热压增强建筑通风。目前技术比较成熟且应用比较广泛的是蔬菜温室大棚、中药材和果脯干燥及太阳能热水器等。其他几种技术还处于研究开发阶段，且由于一次性投资较大，要想走向市场和大范围推广尚需时日。太阳能间接利用的主要形式有太阳能吸收式制冷、太阳能吸附式制冷和太阳能喷射制冷。但目前也还处于研究阶段，有的仅仅制造出了样机，尚未形成定型产品和批量生产。太阳能光热技术今后研究趋势包括集热器材料设计，如何能更充分地吸收利用太阳能，是今后的研究重点；光热系统的设计，研究在哪些领域还可以更好地利用太阳能光热系统，系统如何设计更加合理。
②太阳能发电技术：太阳能光伏发电系统分为离网型和并网型两种。离网型光伏发电系统由太阳能电池板、逆变器、控制器和蓄电池组成，如图1-1（a）所示。太阳能电池板负责将光能转换成直流电能，再由逆变器将直流电能转换成负载需要的交流电能。如果太阳能电池板产生的电能对负载供电有剩余，这时可以将直流电能储存在蓄电池中，在电池板对负载供电不足时，蓄电池放电，也经逆变器转换成交流电能供负载使用。逆变器起到对电能的协调控制作用，决定何时充电、放电，并控制电池板输出的电压值。并网型光伏发电系统由太阳能电池板、逆变器组成，如图1-1（b）所示。逆变器将太阳能电池板所发的直流电能转换成跟电网电压同频、同相、同幅的交流电能信号。相对于离网型光伏系统而言，并网型光伏系统无需蓄电池储能，逆变器本身具有控制器的保护功能，并且可以进行孤岛检测和太阳能电池板的最大功率跟踪。
在太阳能光伏发电系统中，需要考虑如何能够提高太阳能电池板的转换效率。目前太阳能电池板分为单晶硅电池、多晶硅电池和薄膜电池三种类型，单晶硅太阳能电池转换效率最高可达24.7%，多晶硅太阳能电池转换效率最高可达19.8%，薄膜太阳能电池转换效率最高可达18.8%。此外，太阳能电池板的使用寿命和如何降低生产成本也是研究的重点，一个寿命短暂的电池板，不仅使发电成本增加，对系统的稳定性也会造成影响，而降低太阳能电池的生产成本有利于太阳能发电技术的有效推广。目前，国外先进的逆变器转换效率为97%左右，国内生产的逆变器实际转换效率一般在95%左右，怎样提高逆变器的转换效率，减小开关损耗，是今后研究的另一重点。逆变器输出的交流电能含有谐波成分，对于并网逆变器而言会造成对电网的污染，因此，考虑如何更好地跟踪电网电量信号，减少逆变器输出谐波，也是研究的重点之一。蓄电池的快速充电技术也是今后研究的重点，如何能快速充电而不损害蓄电池的性能和寿命，是人们关注的热门研究课题。
③风力发电技术：风力发电的基本工作原理是：首先风力机吸收风能，将其转变为机械能然后通过增速齿轮箱，将机械能传递给发电机，最后发电机将机械能转化为电能。风力发电机组一般由风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航系统、刹车系统、控制系统及塔架等几大部分组成，如图1-2所示。风轮是把风能转化为机械能的部件，它是风力机的主要动力部件。增速齿轮箱有两个主要功能，首先是将风轮吸收的风能传递给发电机，其次是使桨叶的转速达到发电机所需的同步转速。因为要使风轮的转速达到发电机的同步转速需要十分大的风速，所以为了在低风速时使风轮转速能与发电机转速相匹配，驱动发电机发电，我们在风轮与发电机之间安装一个增速齿轮箱，增速箱的低速轴接桨叶，高速轴接发电机。发电机是用来把风轮吸收的风能转化为电能，它不仅直接影响整个系统的性能、效率和供电质量，而且也影响到风能吸收装置的运行方式、效率和结构。为了使风轮获得最大风能利用因数，偏航系统根据风向标采集的风向信号，来确定风向；然后根据测得的风向信息驱动偏航马达，从而改变机舱对准方向。为防止机舱因为对风偏航，朝同一方向偏转多圈而导致连接机舱和塔下控制设备的电缆扭断，偏航系统在必要时要进行展开电缆和解缆控制。刹车系统在如风速过大、紧急偏航等紧急状况下，可以让风力机停止转动来防止风力发电设备的损坏。风力发电控制系统由偏航控制系统、变桨距控制系统、液压系统、传动系统以及温控系统组成。风力发电控制系统根据这些子控制系统所输出的信号，分析这些信号，了解风电机组的运行状态，采取相应的控制措施。风力发电控制系统的控制目标是使风电机组获取能量最大化，使风电系统运行稳定，保护风电机组的安全运行。塔架是起支撑作用的，它使风力发电机组能在一个风况较好的高度中运行。风力发电技术的发展变化主要体现在功率调节技术、发电方式以及并网方式等方面。其中，功率调节技术由定桨距向变桨距转变，发电方式由恒速恒频向变速恒频转变，并网方式由早期的异步发电机并网系统、同步发电机并网系统发展到现在的交流双馈并网系统、永磁直驱风力发电系统。
④风光互补发电技术：风力发电和太阳能光伏发电有着资源广泛、无污染、可再生等优点，但是其利用又有着局限性，如受天气影响而变化，不稳定，受地形影响大，地区差异显著等。因此，人们开始使用风能与太阳能互补发电。风能与太阳能的结合有着天然优势，一般白天风小、太阳辐射大，夜晚风大、太阳辐射小，夏季风小、太阳辐射大，冬季风大、太阳辐射小，晴天风小，雨天风大。风能和太阳能在时间和季节上如此吻合的互补性，决定了风光互补结合后发电系统可靠性更高、更具有实用价值的特点。因此，风光互补发电系统的出现可以很好地弥补太阳能和风能提供能量间歇性和随机性的缺陷，实现不间断供电。风光互补发电又可分为离网型和并网型两种，两种分类异同与光伏发电系统类似。图1-3为离网型风光互补发电系统。风光互补发电系统由风力发电机、整流器、光伏阵列、DC/DC功率变换器、蓄电池、逆变器、控制器及交直流多用户负载等组成。其运行机理如下：风力发电系统产生与风速成一定关系的交流电，经整流变成直流电，送入直流母线，光伏发电系统将光能转换成直流电，通过DC/DC变换器输送到直流母线，对负载供电有剩余时给蓄电池充电，当风力发电机和光伏电池输出电能不足以满足负载要求时，则由蓄电池向其供电。控制器实现最大功率跟踪、蓄电池的充放电及保护显示等功能。并网型与离网型稍有不同，无需蓄电池，将负载变为电网。风光互补发电除了研究风力发电和光伏发电的技术热点问题外，还需考虑系统设计问题，如根据某地区客户要求，设计一套风光互补发电系统，需要研究该地区年平均光照时间和风量，计算光伏电池的安装容量和风机容量，确定最优比例，另外电能的分布式控制也是研究的热点问题。
