风力发电 

       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

       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。 

       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。中国风能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储 量就有约 2.53 亿千瓦。 2009 年，中国（不含台湾地区）新增风电机组 10129 台，容量 13803.2MW ，同比增长 124%；累计安装风电机组 21581 台，容量 25805.3MW 。按照国家规 划，未来 15 年，全国风力发电装机容量将达到 2000 万至 3000 万千瓦。以每千瓦装机容量 设备投资 7000 元计算，根据 《风能世界》杂志发布，未来风电设备市场将高达 1400 亿元至 2100 亿元。风电发展到目前阶段，其性价比正在形成与煤电、水电的竞争优势。风电的优 势在于：能力每增加一倍，成本就下降 15% 。


       风力发电的输出

       风力发电机因风量不稳定，故其输出的是 13～25V 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。

       一个家庭一年的用电只需 20 元电瓶液的代价。


       风力发电机种类 

       尽管风力发电机多种多样， 但归纳起来可分为两类： ①水平轴风力发电机， 风轮的旋转轴与 风向平行；②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。


      优缺点 

      优点 

      1、清洁，环境效益好； 

      2、可再生，永不枯竭； 

      3、基建周期短；

      4、装机规模灵活。


      缺点

      1、噪声，视觉污染；

      2、占用大片土地；

      3、不稳定，不可控； 

      4、目前成本仍然很高。 

      5、影响鸟类。 


       发电机结构 

       风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械， 又称风车。 广义地说， 它是一以大气为工作 介质的能量利用机械。 

       机舱：机舱包容着风力发电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风力发 电机塔进入机舱。机舱左端是风力发电机转子，即转子叶片及轴。 

       转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代 600 千瓦风力发电机上，每个转子叶片 的测量长度大约为 20 米，而且被设计得很像飞机的机翼。 

       轴心：转子轴心附着在风力发电机的低速轴上。 

       低速轴： 风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。 在现代 600 千瓦风力发电机 上，转子转速相当慢，大约为 19 至 30 转每分钟。轴中有用于液压系统的导管，来激发空气 动力闸的运行。 

       齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的 50 倍。 高速轴及 其机械闸：高速轴以 1500 转每分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气 动力闸失效时，或风力发电机被维修时。 

       发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风力发电机上，最大电力输出通常为 500 至 1500 千瓦。 

       偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。偏航装置由电 子控制器操作， 电子控制器可以通过风向标来感觉风向。 图中显示了风力发电机偏航。 通常， 在风改变其方向时，风力发电机一次只会偏转几度。 

       电子控制器： 包含一台不断监控风力发电机状态的计算机， 并控制偏航装置。 为防止任何故 障（即齿轮箱或发电机的过热） ，该控制器可以自动停止风力发电机的转动，并通过电话调 制解调器来呼叫风力发电机操作员。 

       液压系统：用于重置风力发电机的空气动力闸。 

       冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮 箱内的油。一些风力发电机具有水冷发电机。 

       塔：风力发电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。现代 600 千瓦风汽轮机的塔高为 40 至 60 米。它可以为管状的塔， 也可以是格子状的塔。 管状 的塔对于维修人员更为安全， 因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。 格状的塔的优点在于 它比较便宜。 

       风速计及风向标：用于测量风速及风向

编辑：山西长风新能源产业集团综合部