风力发电基本知识.docx

1、风力发电基本知识风力发电基础知识风力发电是把风的动能转为电能。风能作为一种清洁的可再生能源，越来越 受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为 2.74 X10A9MW，其中可利用的风能为2 X10A7MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大 10倍。风很早就被人们利用-主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何 利用风来发电。中文名风力发电外文名wind power gen erati on使用介质自然风力资 源约10亿kW资源我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约 10亿kW，其中，陆地上风能储量约2.53亿kW （陆地上离地10m高度资料计算），海上可开发和利用的风能

2、储 量约7.5亿kW，共计10亿kW。而2003年底全国电力装机约 5.67亿kW。 风是没有公害的能源之一。而且它取之不尽，用之不竭。对于缺水、缺燃料和交 通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非 常适合，大有可为。海上风电是可再生能源发展的重要领域， 是推动风电技术进步和产业升级的重要力量，是促进能源结构调整的重要措施。我国海上风能资源 丰富，加快海上风电项目建设，对于促进沿海地区治理大气雾霾、 调整能源结构 和转变经济发展方式具有重要意义。国家能源局2015年9月21日发布数据显示，到2015年7月底，纳入海上风 电开发建设方案的项目已建成投产 2个、装机容

3、量6.1万千瓦，核准在建9个、 装机容量170.2万千瓦，核准待建6个，装机容量154万千瓦。这与2014年末 国家能源局全国海上风电开发建设方案(2014-2016 )规划的总装机容量1053 万千瓦的44个项目相距甚远。为此，国家能源局要求，进一步做好海上风电开 发建设工作，加快推动海上风电发展。利用风是一种潜力很大的新能源，十八世纪初，横扫英法两国的一次狂暴大风，吹毁 了四百座风力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多条帆船，并有数千人受到 伤害，二十五万株大树连根拔起。仅就拔树一事而论，风在数秒钟内就发出了一 千万马力(即750万千瓦；一马力等于0. 75千瓦)的功率!有人估计过，地球上

4、 可用来发电的风力资源约有100亿千瓦，几乎是现在全世界水力发电量的10倍。 目前全世界每年燃烧煤所获得的能量，只有风力在一年内所提供能量的三分之 一。因此，国内外都很重视利用风力来发电，开发新能源。利用风力发电的尝试，早在二十世纪初就已经开始了。三十年代，丹麦、瑞典、 苏联和美国应用航空工业的旋翼技术， 成功地研制了一些小型风力发电装置。 这 种小型风力发电机，广泛在多风的海岛和偏僻的乡村使用，它所获得的电力成本 比小型内燃机的发电成本低得多。不过，当时的发电量较低，大都在5千瓦以下。 目前，据了解，国外已生产出 15，40，45，100，225千瓦的风力发电机了。 1978年1月，美国在新

5、墨西哥州的克莱顿镇建成的 200千瓦风力发电机，其叶 片直径为38米，发电量足够60户居民用电。而1978年初夏，在丹麦日德兰半 岛西海岸投入运行的风力发电装置，其发电量则达 2000千瓦，风车高57米，所发电量的75%送入电网，其余供给附近的一所学校用。1979年上半年，美国在北卡罗来纳州的蓝岭山，又建成了一座世界上最大的发 电用的风车。这个风车有十层楼高，风车钢叶片的直径 60米；叶片安装在一个塔型建筑物上，因此风车可自由转动并从任何一个方向获得电力；风力时速在 38公里以上时，发电能力也可达2000千瓦。由于这个丘陵地区的平均风力时速 只有29公里，因此风车不能全部运动。据估计，即使全年

6、只有一半时间运转， 它就能够满足北卡罗来纳州七个县 1%到2%的用电需要。历史现在，人们感兴趣的,风很早就被人们利用-主要是通过风车来抽水、磨面首先是如何利用风来发电。风是一种潜力很大的新能源，人们也许还记得，十八世纪初，横扫英法两国的一 次狂暴大风，吹毁了四百座风力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多条帆船， 并有数千人受到伤害，二十五万株大树连根拔起。仅就拔树一事而论，风在数秒 钟内就发出了一千万马力（即750万千瓦；一马力等于0 75千瓦）的功率!有人 估计过，地球上可用来发电的风力资源约有 100亿千瓦，几乎是现在全世界水 力发电量的10倍。目前全世界每年燃烧煤所获得的能量，只有风力在

7、一年内所 提供能量的三分之一。因此，国内外都很重视利用风力来发电，开发新能源。原理把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。风 力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升， 来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度（微风的 程度），便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不 需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风 轮（包括尾舵）、发电机和铁塔三部分。（大型风力发电站基本上没有尾舵，一般 只有小型（包括家用型）才会拥有尾舵）风轮是

8、把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只 （或更多只）螺旋桨形的叶 轮组成。当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。 桨叶的材料要求强 度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料 （如碳纤维）来制造。（现在还有一些垂直风轮，s型旋转叶片等，其作用也与常规螺旋桨型叶片相同） 由于风轮的转速比较低，而且风力的大小和方向经常变化着，这又使转速不稳定； 所以，在带动发电机之前，还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮 变速箱，再加一个调速机构使转速保持稳定， 然后再联接到发电机上。为保持风 轮始终对准风向以获得最大的功率，还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾 舵。铁塔是支承风轮、尾舵和发

9、电机的构架。它一般修建得比较高，为的是获得较大 的和较均匀的风力，又要有足够的强度。铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情 况，以及风轮的直径大小而定，一般在 6-20米范围内。发电机的作用，是把由风轮得到的恒定转速，通过升速传递给发电机构均匀运转， 因而把机械能转变为电能。风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；中国也在西部地区大力提倡。小型风力发 电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量 的小系统：风力发电机+充电器+数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、 叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转 为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从

10、而获得最大的风能； 转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能； 机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力 线产生电能。一般说来，三级风就有利用的价值。但从经济合理的角度出发，风速大于每秒 4米才适宜于发电。据测定，一台 55千瓦的风力发电机组，当风速为每秒 9.5米 时，机组的输出功率为55千瓦；当风速每秒8米时，功率为38千瓦；风速每 秒6米时，只有16千瓦；而风速每秒5米时，仅为9.5千瓦。可见风力愈大， 经济效益也愈大。在我国，现在已有不少成功的中、小型风力发电装置在运转。我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒 3米以上，特别是 东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速

11、更大；有的地方，一年三分之一以 上的时间都是大风天。在这些地区，发展风力发电是很有前途的。风力发电的输出风力发电机因风量不稳定，故其输出的是 1325V变化的交流电，须经充电器 整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。 然后用有保护电 路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流 220V市电，才能保证稳定使用。 通常人们认为，风力发电的功率完全由风力发电机的功率决定， 总想选购大一点的风力发电机，而这是不正确的。目前的风力发电机只是给电瓶充电， 而由电瓶 把电能贮存起来，人们最终使用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系。 功率的大小更主要取决于风量的大小， 而不仅是机头功率的大小

12、。在内地，小的风力 发电机会比大的更合适。因为它更容易被小风量带动而发电，持续不断的小风， 会比一时狂风更能供给较大的能量。当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能，也就是说一台200W 风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合使用, 获得500W甚至1000W乃至更大的功率输出。使用风力发电机，就是源源不断地把风能变成我们家庭使用的标准市电， 其节约的程度是明显的，一个家庭一年的用电只需 20元电瓶液的代价。而现在的风力 发电机比几年前的性能有很大改进， 以前只是在少数边远地区使用，风力发电机 接一个15W的灯泡直接用电，一明一暗并会经常损坏灯泡。而现在由于技术进 步，采用先进的充电器、逆变

13、器，风力发电成为有一定科技含量的小系统，并能 在一定条件下代替正常的市电。山区可以借此系统做一个常年不花钱的路灯；高 速公路可用它做夜晚的路标灯；山区的孩子可以在日光灯下晚自习； 城市小高层 楼顶也可用风力电机，这不但节约而且是真正绿色电源。 家庭用风力发电机，不 但可以防止停电，而且还能增加生活情趣。在旅游景区、边防、学校、部队乃至 落后的山区，风力发电机正在成为人们的采购热点。 无线电爱好者可用自己的技 术在风力发电方面为山区人民服务， 使人们看电视及照明用电与城市同步， 也能 使自己劳动致富。种类概述尽管风力发电机多种多样，但归纳起来可分为两类：水平轴风力发电机，风轮 的旋转轴与风向平行

14、；垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流 方向。水平轴风力发电机水平轴风力发电机科分为升力型和阻力型两类。升力型风力发电机旋转速度快， 阻力型旋转速度慢。对于风力发电，多采用升力型水平轴风力发电机。 大多数水 平轴风力发电机具有对风装置，能随风向改变而转动。对于小型风力发电机，这 种对风装置采用尾舵，而对于大型的风力发电机，则利用风向传感元件以及伺服 电机组成的传动机构。风力机的风轮在塔架前面的称为上风向风力机， 风轮在塔架后面的则成为下风向 风机。水平轴风力发电机的式样很多，有的具有反转叶片的风轮，有的再一个塔架上安装多个风轮，以便在输出功率一定的条件下减少塔架的成本， 还有的水平

15、轴风力发电机在风轮周围产生漩涡，集中气流，增加气流速度。垂直轴风力发电机垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电 机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。利用阻力旋转的垂直轴风力发电机有几种类型， 其中有利用平板和被子做成的风 轮，这是一种纯阻力装置；S型风车，具有部分升力，但主要还是阻力装置。这 些装置有较大的启动力矩，但尖速比低，在风轮尺寸、重量和成本一定的情况下， 提供的功率输出低。达里厄式风轮是法国G.J.M达里厄于19世纪30年代发明的。在20世纪70年代，加拿大国 家科学研究院对此进行了大量的研究，现在是水平轴风力发电机的主

16、要竞争者。 达里厄式风轮是一种升力装置，弯曲叶片的剖面是翼型，它的启动力矩低，但尖 速比可以很高，对于给定的风轮重量和成本，有较高的功率输出。现在有多种达 里厄式风力发电机，如型，型，丫型和H型等。这些风轮可以设计成单叶片， 双叶片，三叶片或者多叶片。双馈型发电机随着电力电子技术的发展，双馈型感应发电机(Double-Fed In duction Generator )在风能发电中的应用越来越广。这种技术不过分依赖于蓄电池的容 量，而是从励磁系统入手，对励磁电流加以适当的控制，从而达到输出一个恒频 电能的目的。双馈感应发电机在结构上类似于异步发电机， 但在励磁上双馈发电机采用交流励磁。我们知道一个脉振磁势可以分解为两个方向相反的旋转磁势， 而三相绕组的适当安排可以使其中一个磁势的效果消去，这样一来就得到一个在 空间