風(fēng)力發(fā)電廠原理圖：終于徹底搞懂了風(fēng)力發(fā)電原理！

　　風(fēng)力發(fā)電是把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)為電能。目前已被廣泛應(yīng)用，可是你真的知道風(fēng)力發(fā)電機內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和工作原理嗎？

　　上周給大家分享了“電廠各個設(shè)備原理圖”（點擊查看詳情），今天應(yīng)粉絲要求帶來的風(fēng)電版的原理構(gòu)成解述~

　　咱們先看一個風(fēng)電機組透視視頻展示~畫面唯美，風(fēng)機似籠罩在薄紗中！各位風(fēng)電“男神”，有沒有被撩到...

　　今天我們試圖通過兩個視頻和相應(yīng)的文字把它通俗易懂的為各位讀者闡述，希望對各位的學(xué)習(xí)有一定的幫助：

　　看看視頻順便學(xué)學(xué)英語

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　　——視頻字幕By e-works

　　風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約是每秒三公尺的微風(fēng)速度(微風(fēng)的程度)，便可以開始發(fā)電。

　　風(fēng)力發(fā)電在芬蘭、丹麥等國家很流行;我國也在西部地區(qū)大力提倡。小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)效率很高，但它不是只由一個發(fā)電機頭組成的，而是一個有一定科技含量的小系統(tǒng):風(fēng)力發(fā)電機+充電器+數(shù)字逆變器。

　　風(fēng)力發(fā)電機由機頭、轉(zhuǎn)體、尾翼、葉片組成。每一部分都很重要，各部分功能為:葉片用來接受風(fēng)力并通過機頭轉(zhuǎn)為電能;尾翼使葉片始終對著來風(fēng)的方向從而獲得最大的風(fēng)能; 轉(zhuǎn)體能使機頭靈活地轉(zhuǎn)動以實現(xiàn)尾翼調(diào)整方向的功能;機頭的轉(zhuǎn)子是永磁體，定子繞組切割磁力線產(chǎn)生電能。

　　看看西門子工程師的解讀

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　　機艙:機艙包容著風(fēng)力發(fā)電機的關(guān)鍵設(shè)備，包括齒輪箱、發(fā)電機。維護人員可以通過風(fēng)力發(fā)電機塔進(jìn)入機艙。機艙左端是風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)子，即轉(zhuǎn)子葉片及軸。

　　轉(zhuǎn)子葉片:捉獲風(fēng)，并將風(fēng)力傳送到轉(zhuǎn)子軸心。現(xiàn)代600千瓦風(fēng)力發(fā)電機上，每個轉(zhuǎn)子葉片的測量長度大約為20米，而且被設(shè)計得很像飛機的機翼。

　　軸心:轉(zhuǎn)子軸心附著在風(fēng)力發(fā)電機的低速軸上。

　　低速軸:風(fēng)力發(fā)電機的低速軸將轉(zhuǎn)子軸心與齒輪箱連接在一起。在現(xiàn)代600千瓦風(fēng)力發(fā)電機上，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相當(dāng)慢，大約為19至30轉(zhuǎn)每分鐘。軸中有用于液壓系統(tǒng)的導(dǎo)管，來激發(fā)空氣動力閘的運行。

　　齒輪箱:齒輪箱左邊是低速軸，它可以將高速軸的轉(zhuǎn)速提高至低速軸的50倍。 高速軸及其機械閘:高速軸以1500轉(zhuǎn)每分鐘運轉(zhuǎn)，并驅(qū)動發(fā)電機。它裝備有緊急機械閘，用于空氣動力閘失效時，或風(fēng)力發(fā)電機被維修時。

　　發(fā)電機:通常被稱為感應(yīng)電機或異步發(fā)電機。在現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機上，最大電力輸出通常為500至1500千瓦。 偏航裝置:借助電動機轉(zhuǎn)動機艙，以使轉(zhuǎn)子正對著風(fēng)。偏航裝置由電子控制器操作，電子控制器可以通過風(fēng)向標(biāo)來感覺風(fēng)向。圖中顯示了風(fēng)力發(fā)電機偏航。通常，在風(fēng)改變其方向時，風(fēng)力發(fā)電機一次只會偏轉(zhuǎn)幾度。

　　電子控制器:包含一臺不斷監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電機狀態(tài)的計算機，并控制偏航裝置。為防止任何故障(即齒輪箱或發(fā)電機的過熱)，該控制器可以自動停止風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)動，并通過電話調(diào)制解調(diào)器來呼叫風(fēng)力發(fā)電機操作員。

　　液壓系統(tǒng):用于重置風(fēng)力發(fā)電機的空氣動力閘。

　　冷卻元件:包含一個風(fēng)扇，用于冷卻發(fā)電機。此外，它包含一個油冷卻元件，用于冷卻齒輪箱內(nèi)的油。一些風(fēng)力發(fā)電機具有水冷發(fā)電機。

　　塔:風(fēng)力發(fā)電機塔載有機艙及轉(zhuǎn)子。通常高的塔具有優(yōu)勢，因為離地面越高，風(fēng)速越大。現(xiàn)代600千瓦風(fēng)汽輪機的塔高為40至60米。它可以為管狀的塔，也可以是格子狀的塔。管狀的塔對于維修人員更為安全，因為他們可以通過內(nèi)部的梯子到達(dá)塔頂。格狀的塔的優(yōu)點在于它比較便宜。

　　【來源】e-works

　　碳道

風(fēng)力發(fā)電廠原理圖：風(fēng)力發(fā)電內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖-風(fēng)力發(fā)電原理圖

　　關(guān)鍵詞：

　　風(fēng)力發(fā)電

　　摘要：風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)并通過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提高，從而帶動發(fā)電機發(fā)電（這也是風(fēng)力發(fā)電的原理）；以下為您圖解風(fēng)力發(fā)電是什么。

　　風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)并通過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提高，從而帶動發(fā)電機發(fā)電（這也是風(fēng)力發(fā)電的原理）。

　　風(fēng)力發(fā)電之所以在世界各國風(fēng)行的原因是因為風(fēng)力發(fā)電無須燃料、無輻射、無空氣污染。

　　風(fēng)力發(fā)電機將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械能。包含：機艙、轉(zhuǎn)子葉片、軸心、低速軸、齒輪箱、發(fā)電機、電子控制器、液壓系統(tǒng)、冷卻元件、塔、風(fēng)速計、風(fēng)向標(biāo)等；

　　以下為您圖解風(fēng)力發(fā)電是什么。

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風(fēng)力發(fā)電廠原理圖：風(fēng)力發(fā)電原理及風(fēng)力發(fā)電的工藝流程

　　關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電 工藝流程

　　一、風(fēng)力發(fā)電基本原理及組成

　　1.原理 把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變成機械動能，再把機械能轉(zhuǎn)化為電力動能，這就是風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約是每秒三米的微風(fēng)速度（微風(fēng)的程度），便可以開始發(fā)電。 風(fēng)力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，因為風(fēng)力發(fā)電不需要使用燃料，也不會產(chǎn)生輻射或空氣污染。 2.風(fēng)力發(fā)電裝置組成 風(fēng)力發(fā)電所需要的裝置，稱作風(fēng)力發(fā)電機組。這種風(fēng)力發(fā)電機組，大體上可分風(fēng)輪(包括尾舵)、發(fā)電機和鐵塔三部分。（大型風(fēng)力發(fā)電站基本上沒有尾舵，一般只有小型（包括家用型）才會擁有尾舵）

　　2.1 風(fēng)輪風(fēng)輪是把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的重要部件，它由兩只(或更多只)螺旋槳形的葉輪組成。當(dāng)風(fēng)吹向漿葉時，槳葉上產(chǎn)生氣動力驅(qū)動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動。槳葉的材料要求強度高、重量輕，目前多用玻璃鋼或其它復(fù)合材料(如碳纖維)來制造。（現(xiàn)在還有一些垂直風(fēng)輪，s型旋轉(zhuǎn)葉片等，其作用也與常規(guī)螺旋槳型葉片相同）由于風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速比較低，而且風(fēng)力的大小和方向經(jīng)常變化著，這又使轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定；所以，在帶動發(fā)電機之前，還必須附加一個把轉(zhuǎn)速提高到發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速的齒輪變速箱，再加一個調(diào)速機構(gòu)使轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定，然后再聯(lián)接到發(fā)電機上。為保持風(fēng)輪始終對準(zhǔn)風(fēng)向以獲得最大的功率，還需在風(fēng)輪的后面裝一個類似風(fēng)向標(biāo)的尾舵。2.2 鐵塔鐵塔是支承風(fēng)輪、尾舵和發(fā)電機的構(gòu)架。它一般修建得比較高，為的是獲得較大的和較均勻的風(fēng)力，又要有足夠的強度。鐵塔高度視地面障礙物對風(fēng)速影響的情況，以及風(fēng)輪的直徑大小而定，一般在6-20米范圍內(nèi)。2.3 發(fā)電機 發(fā)電機的作用，是把由風(fēng)輪得到的恒定轉(zhuǎn)速，通過升速傳遞給發(fā)電機構(gòu)均勻運轉(zhuǎn)，因而把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

　　二、風(fēng)電場組成1.風(fēng)電機群2.集電部分3.升壓變電站(陸上可能多于一級升壓，海上可能有集控中心)升壓變壓器無功補償裝置（電容器、電抗器、靜止無功補償裝置、濾波器）4.風(fēng)電場管理系統(tǒng)

　　三、 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)示意圖 由風(fēng)電機群組成的風(fēng)電場A、升壓變電站B和輸電線路L組成的并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，是將風(fēng)電電力通過PCC節(jié)點送入電力網(wǎng)絡(luò)，再供給用戶。PCC節(jié)點是風(fēng)電場與電網(wǎng)的連接點，又稱公共連接點。通常在升壓變電站出口第一個電桿位置，有時也可設(shè)置在線路的末端。

　　四、 風(fēng)電機組的結(jié)構(gòu)、原理及組成部件 4.1結(jié)構(gòu) 它通常由風(fēng)輪（含葉片、輪轂等）、傳動系統(tǒng)（主軸、主軸承、齒輪箱和連接軸、機械剎車）、偏航系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)（發(fā)電機、控制系統(tǒng)、電容補償柜和變壓器）和機艙等組成。 4.2原理首先通過風(fēng)輪把風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械能，進(jìn)而借助于發(fā)電機再把機械能轉(zhuǎn)化為電能。由于風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速一般比較低（每分鐘幾轉(zhuǎn)到數(shù)十轉(zhuǎn)），而發(fā)電機的轉(zhuǎn)速通常很高（一般每分鐘超過1000轉(zhuǎn)），因此需要通過齒輪箱變速。 4.3 組成部件由槳葉，輪轂，主軸，槳距調(diào)節(jié)機構(gòu)（電動伺服機構(gòu)），偏航機構(gòu)（電動伺服機構(gòu)），剎車、制動機構(gòu)，風(fēng)速傳感器，發(fā)電機，并網(wǎng)開關(guān)，軟并網(wǎng)裝置，變頻器，控制系統(tǒng)，無功補償設(shè)備主變壓器，轉(zhuǎn)速傳感器組成。

　　5、風(fēng)電機組用異步機的特性曲線 異步機在超同步狀態(tài)下（發(fā)電機）與次同步狀態(tài)下（電動機）的電磁轉(zhuǎn)矩是反向的；無功功率無論在超同步還是次同步狀態(tài)隨著轉(zhuǎn)差絕對值的增加而增加，輸出的有功功率越大、轉(zhuǎn)速越高時，其吸收的無功功率就越大。

　　6、空氣動力學(xué)模型與軸系模型 6.1空氣動力學(xué)模型 槳距角控制： 要保持最優(yōu)葉尖速比，需根據(jù)風(fēng)速變化調(diào)節(jié)風(fēng)電機組的轉(zhuǎn)速，因此，只有變速運行才能保證風(fēng)力機捕獲的風(fēng)能最大、效率最高。

　　V R / ω λ=風(fēng) 的 能 量 指 的 是 風(fēng) 的 動 能 。 特 定 質(zhì) 量 的 空 氣 的 動 能 可 以 用 下 列 公 式 計 算 。能 量=1/2 X 質(zhì) 量 X ( 速 度 )^2　　吹 過 特 定 面 積 的 風(fēng) 的 的 功 率 可 以 用 下 列 公 式 計 算 。功 率=1/2 X 空 氣 密 度 X 面 積 X ( 速 度 )^3　　其 中 ，功 率 單 位 為 瓦 特 ； 空 氣 密 度 單 位 為 千 克 / 立 方 米 ； 面 積 指 氣 流 橫 截 面 積 ， 單 位 為 平 方 米 ； 速 度 單 位 為 米 / 秒 。　　在 海 平 面 高 度 和 攝 氏 15 度 的 條 件 下 ， 乾 空 氣 密 度 為 1.225 千 克 / 立 方 米 。 空 氣 密 度 隨 氣 壓 和 溫 度 而 變 。 隨 著 高 度 的 升 高 ， 空 氣 密 度 也 會 下 降 。　　於 上 述 公 式 中 可 以 看 出 ， 風(fēng) 的 功 率 與 速 度 的 三 次 方 〔 立 方 〕 成 正 比 ， 并 與 風(fēng) 輪 掃 掠 面 積 成 正 比 。 不 過 實 際 上 ， 風(fēng) 輪 只 能 提 取 風(fēng) 的 能 量 中 的 一 部 分 ， 而 非 全 部 。　　2) 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 的 工 作 原 理 　　現(xiàn) 代 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 采 用 空 氣 動 力 學(xué) 原 理 ， 就 像 飛 機 的 機 翼 一 樣 。 風(fēng) 并 非 " 推 " 動 風(fēng) 輪 葉 片 ， 而 是 吹 過 葉 片 形 成 葉 片 正 反 面 的 壓 差 ， 這 種 壓 差 會 產(chǎn) 生 升 力 ， 令 風(fēng) 輪 旋 轉(zhuǎn) 并 不 斷 橫 切 風(fēng) 流 。　　風(fēng) 力 發(fā) 電 機 的 風(fēng) 輪 并 不 能 提 取 風(fēng) 的 所 有 功 率 。 根 據(jù) Betz 定 律 ， 理 論 上 風(fēng) 電 機 能 夠 提 取 的 最 大 功 率 ， 是 風(fēng) 的 功 率 的 59.6% 。 大 多 數(shù) 風(fēng) 電 機 只 能 提 取 風(fēng) 的 功 率 的 40% 或 者 更 少 。　　風(fēng) 力 發(fā) 電 機 主 要 包 含 三 部 分 ∶ 風(fēng) 輪 、 機 艙 和 塔 桿 。 大 型 與 電 網(wǎng) 接 駁 的 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 的 最 常 見 的 結(jié) 構(gòu) ， 是 橫 軸 式 三 葉 片 風(fēng) 輪 ， 并 安 裝 在 直 立 管 狀 塔 桿 上 。 ( 上 圖 來 源 ： Danish Wind Industry Association )　　風(fēng) 輪 葉 片 由 復(fù) 合 材 料 制 造 。 不 像 小 型 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 ， 大 型 風(fēng) 電 機 的 風(fēng) 輪 轉(zhuǎn) 動 相 當(dāng) 慢 。 比 較 簡 單 的 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 是 采 用 固 定 速 度 的 。 通 常 采 用 兩 個 不 同 的 速 度 - 在 弱 風(fēng) 下 用 低 速 和 在 強 風(fēng) 下 用 高 速 。 這 些 定 速 風(fēng) 電 機 的 感 應(yīng) 式 異 步 發(fā) 電 機 能 夠 直 接 發(fā) 產(chǎn) 生 電 網(wǎng) 頻 率 的 交 流 電 。　　比 較 新 型 的 設(shè) 計 一 般 是 可 變 速 的 （ 比 如 Vestas 公 司 的 V52-850 千 瓦 風(fēng) 電 機 轉(zhuǎn) 速 為 每 分 鐘 14 轉(zhuǎn) 到 每 分 鐘 31.4 轉(zhuǎn) ） 。 利 用 可 變 速 操 作 ， 風(fēng) 輪 的 空 氣 動 力 效 率 可 以 得 到 改 善 ， 從 而 提 取 更 多 的 能 量 ， 而 且 在 弱 風(fēng) 情 況 下 噪 音 更 低 。 因 此 ， 變 速 的 風(fēng) 電 機 設(shè) 計 比 起 定 速 風(fēng) 電 機 ， 越 來 越 受 歡 迎 。　　機 艙 上 安 裝 的 感 測 器 探 測 風(fēng) 向 ， 透 過 轉(zhuǎn) 向 機 械 裝 置 令 機 艙 和 風(fēng) 輪 自 動 轉(zhuǎn) 向 ， 面 向 來 風(fēng) 。　　風(fēng) 輪 的 旋 轉(zhuǎn) 運 動 通 過 齒 輪 變 速 箱 傳 送 到 機 艙 內(nèi) 的 發(fā) 電 機 （ 如 果 沒 有 齒 輪 變 速 箱 則 直 接 傳 送 到 發(fā) 電 機 ） 。 在 風(fēng) 電 工 業(yè) 中 ， 配 有 變 速 箱 的 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 是 很 普 遍 的 。 不 過 ， 為 風(fēng) 電 機 而 設(shè) 計 的 多 極 直 接 驅(qū) 動 式 發(fā) 電 機 ， 也 有 顯 著 的 發(fā) 展 。　　設(shè) 於 塔 底 的 變 壓 器 （ 或 者 有 些 設(shè) 於 機 艙 內(nèi) ） 可 提 升 發(fā) 電 機 的 電 壓 到 配 電 網(wǎng) 電 壓 （ 香 港 的 情 況 為 11 千 伏 ） 。　　所 有 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 的 功 率 輸 出 是 隨 著 風(fēng) 力 而 變 的 。 強 風(fēng) 下 最 常 見 的 兩 種 限 制 功 率 輸 出 的 方 法 （ 從 而 限 制 風(fēng) 輪 所 承 受 壓 力 ） 是 失 速 調(diào) 節(jié) 和 斜 角 調(diào) 節(jié) 。 使 用 失 速 調(diào) 節(jié) 的 風(fēng) 電 機 ， 超 過 額 定 風(fēng) 速 的 強 風(fēng) 會 導(dǎo) 致 通 過 業(yè) 片 的 氣 流 產(chǎn) 生 擾 流 ， 令 風(fēng) 輪 失 速 。 當(dāng) 風(fēng) 力 過 強 時 ， 業(yè) 片 尾 部 制 動 裝 置 會 動 作 ， 令 風(fēng) 輪 剎 車 。 使 用 斜 角 調(diào) 節(jié) 的 風(fēng) 電 機 ， 每 片 葉 片 能 夠 以 縱 向 為 軸 而 旋 轉(zhuǎn) ， 葉 片 角 度 隨 著 風(fēng) 速 不 同 而 轉(zhuǎn) 變 ， 從 而 改 變 風(fēng) 輪 的 空 氣 動 力 性 能 。 當(dāng) 風(fēng) 力 過 強 時 ， 葉 片 轉(zhuǎn) 動 至 迎 氣 邊 緣 面 向 來 風(fēng) ， 從 而 令 風(fēng) 輪 剎 車 。　　葉 片 中 嵌 入 了 避 雷 條 ， 當(dāng) 葉 片 遭 到 雷 擊 時 ， 可 將 閃 電 中 的 電 流 引 導(dǎo) 到 地 下 去 。 　　上 圖 ： Vestas V52-850 千 瓦 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 機 艙 內(nèi) 的 組 成 部 份 ( 來 源 ： Vestas )　　3) 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 的 功 率 曲 線 　　在 風(fēng) 速 很 低 的 時 候 ， 風(fēng) 電 機 風(fēng) 輪 會 保 持 不 動 。 當(dāng) 到 達(dá) 切 入 風(fēng) 速 時 （ 通 常 每 秒 3 到 4 米 ） ， 風(fēng) 輪 開 始 旋 轉(zhuǎn) 并 牽 引 發(fā) 電 機 開 始 發(fā) 電 。 隨 著 風(fēng) 力 越 來 越 強 ， 輸 出 功 率 會 增 加 。 當(dāng) 風(fēng) 速 達(dá) 到 額 定 風(fēng) 速 時 ， 風(fēng) 電 機 會 輸 出 其 額 定 功 率 。 之 後 輸 出 功 率 會 保 留 大 致 不 變 。 當(dāng) 風(fēng) 速 進(jìn) 一 步 增 加 ， 達(dá) 到 切 出 風(fēng) 速 的 時 候 ， 風(fēng) 電 機 會 剎 車 ， 不 再 輸 出 功 率 ， 為 免 受 損 。　　風(fēng) 力 發(fā) 電 機 的 性 能 可 以 用 功 率 曲 線 來 表 達(dá) 。 功 率 曲 線 是 用 作 顯 示 在 不 同 風(fēng) 速 下 （ 切 入 風(fēng) 速 到 切 出 風(fēng) 速 ） 風(fēng) 電 機 的 輸 出 功 率 。 　　上 圖 ： V52-850 千 瓦 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 於 不 同 噪 音 級 別 下 的 工 作 曲 線 ( 噪 音 級 別 可 透 過 改 變 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 的 轉(zhuǎn) 速 而 改 變 ) ( 來 源 ： Vestas )　　為 特 定 地 點 選 取 合 適 的 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 ， 一 般 方 法 是 采 用 風(fēng) 電 機 的 功 率 曲 線 和 該 地 點 的 風(fēng) 力 資 料 以 進(jìn) 行 產(chǎn) 電 量 估 算 。 。 （ 在 大 型 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 - 資 源 潛 力 部 分 有 更 多 相 關(guān) 資 訊 ）　　4) 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 的 額 定 輸 出 功 率 　　風(fēng) 力 發(fā) 電 機 的 額 定 輸 出 功 率 是 配 合 特 定 的 額 定 風(fēng) 速 設(shè) 而 定 的 。 由 於 能 量 與 風(fēng) 速 的 立 方 成 正 比 ， 因 此 ， 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 的 功 率 會 隨 風(fēng) 速 變 化 會 很 大 。　　同 樣 構(gòu) 造 和 風(fēng) 輪 直 徑 的 風(fēng) 電 機 可 以 配 以 不 同 大 小 的 發(fā) 電 機 。 因 此 兩 座 同 樣 構(gòu) 造 和 風(fēng) 輪 直 徑 的 風(fēng) 電 機 可 能 有 相 當(dāng) 不 同 的 額 定 輸 出 功 率 值 ， 這 取 決 於 它 的 設(shè) 計 是 配 合 強 風(fēng) 地 帶 （ 配 較 大 型 發(fā) 電 機 ） 或 弱 風(fēng) 地 帶 （ 配 較 小 型 發(fā) 電 機 ） 。　　5) 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 的 主 要 種 類 　　橫 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 和 豎 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 　　根 據(jù) 葉 片 固 定 軸 的 方 位 ， 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 可 以 分 為 橫 軸 和 豎 軸 兩 類 。 橫 軸 式 風(fēng) 電 機 工 作 時 轉(zhuǎn) 軸 方 向 與 風(fēng) 向 一 致 ， 豎 軸 式 風(fēng) 電 機 轉(zhuǎn) 軸 方 向 與 風(fēng) 向 成 直 角 。　　橫 軸 式 風(fēng) 電 機 通 常 需 要 不 停 地 變 向 以 保 持 與 風(fēng) 向 一 致 。 而 豎 軸 式 風(fēng) 電 機 則 不 必 如 此 ， 因 為 它 可 以 收 集 不 同 來 向 的 風(fēng) 能 。　　橫 軸 式 風(fēng) 電 機 在 世 界 上 占 主 流 位 置 。 　　逆 風(fēng) 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 和 順 風(fēng) 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 　　逆 風(fēng) 風(fēng) 電 機 是 一 種 風(fēng) 輪 面 向 來 風(fēng) 的 橫 軸 式 風(fēng) 電 機 。 而 對 於 順 風(fēng) 風(fēng) 電 機 ， 來 風(fēng) 是 從 風(fēng) 輪 的 背 後 吹 來 。 大 多 數(shù) 的 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 是 逆 風(fēng) 式 的 。　　單 葉 片 、 雙 葉 片 和 三 葉 片 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 　　葉 片 的 數(shù) 目 由 很 多 因 素 決 定 ， 其 中 包 括 空 氣 動 力 效 率 、 復(fù) 雜 度 、 成 本 、 噪 音 、 美 學(xué) 要 求 等 等 。 大 型 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 可 由 1 、 2 或 者 3 片 葉 片 構(gòu) 成 。　　葉 片 較 少 的 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 通 常 需 要 更 高 的 轉(zhuǎn) 速 以 提 取 風(fēng) 中 的 能 量 ， 因 此 噪 音 比 較 大 。 而 如 果 葉 片 太 多 ， 它 們 之 間 會 相 互 作 用 而 降 低 系 統(tǒng) 效 率 。 目 前 3 葉 片 風(fēng) 電 機 是 主 流 。 從 美 學(xué) 角 度 上 看 ， 3 葉 片 的 風(fēng) 電 機 看 上 去 較 為 平 衡 和 美 觀 。　　6) 岸 上 風(fēng) 電 場 　　岸 上 風(fēng) 電 系 統(tǒng) 可 以 是 僅 有 一 臺 風(fēng) 電 機 ， 或 者 由 多 臺 風(fēng) 電 機 器 線 性 排 列 或 方 陣 排 列 形 成 風(fēng) 電 場 。　　風(fēng) 電 場 的 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 相 互 之 間 需 要 有 足 夠 的 距 離 ， 以 免 造 成 過 強 的 湍 流 相 互 影 響 ， 或 由 於 " 尾 流 效 應(yīng) " 而 嚴(yán) 重 減 低 後 排 風(fēng) 電 機 的 功 率 輸 出 。　　為 了 配 合 運 送 大 型 設(shè) 備 （ 特 別 是 葉 片 ） 到 安 裝 現(xiàn) 場 ， 須 要 建 設(shè) 道 路 。 另 外 亦 須 要 建 設(shè) 輸 電 線 ， 把 風(fēng) 電 場 的 輸 出 連 接 到 電 網(wǎng) 接 入 點 。　　7) 世 界 各 地 的 風(fēng) 力 發(fā) 電 裝 置 　　到 2005 年 底 ， 世 界 總 風(fēng) 力 發(fā) 電 裝 機 容 量 達(dá) 58 千 兆 瓦 。 德 國 、 西 班 牙 、 美 國 、 印 度 和 丹 麥 是 以 風(fēng) 力 發(fā) 電 裝 機 容 量 來 算 前 幾 名 的 國 家 。 在 丹 麥 ， 風(fēng) 能 發(fā) 電 提 供 該 國 總 用 電 量 的 20 ％ 。 香 港 第 一 臺 大 型 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 是 由 香 港 電 燈 集 團 於 2005 年 末 安 裝 在 南 丫 島 上 ， 并 於 2006 年 二 月 正 式 啟 用 。 該 機 額 定 輸 出 功 率 為 800 千 瓦 。　　風(fēng) 能 是 可 再 生 能 源 發(fā) 展 中 最 快 的 部 分 。 由 1995 年 到 2005 年 之 間 的 年 增 長 率 為 28.5 ％ 。 根 據(jù) 德 國 風(fēng) 能 會 （ DEWI ） 的 估 計 ， 風(fēng) 能 發(fā) 電 的 年 增 長 率 將 保 持 高 增 長 率 ， 在 2012 年 或 之 前 全 球 風(fēng) 力 發(fā) 電 裝 機 容 量 可 能 達(dá) 到 150 千 兆 瓦 。

風(fēng)力發(fā)電廠原理圖：風(fēng)力發(fā)電原理結(jié)構(gòu)圖

　　風(fēng)力發(fā)電機組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的機械。從能量轉(zhuǎn)換的角度看，風(fēng)力發(fā)電機組由兩大部分組成：其一是風(fēng)力機，它的功能是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械能；其二是發(fā)電機，它的功能是將機械能轉(zhuǎn)換為電能。

　　小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。它一般由風(fēng)輪、發(fā)電機、尾舵和電氣控制部分等構(gòu)成。常規(guī)的小型風(fēng)力發(fā)電機組多由感應(yīng)發(fā)電機或永磁同步發(fā)電機加AC/DC變換器、蓄電池、逆變器組成。在風(fēng)的吹動下，風(fēng)輪轉(zhuǎn)動起來，使空氣動力能轉(zhuǎn)變成了機械能（轉(zhuǎn)速+扭矩）。風(fēng)輪的輪轂固定在發(fā)電機軸上，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動驅(qū)動了發(fā)電機軸的旋轉(zhuǎn)，帶動永磁三相發(fā)電機發(fā)出三相交流電。風(fēng)速的不斷變化、忽大忽小，發(fā)電機發(fā)出的電流和電壓也隨著變化。發(fā)出的電經(jīng)過控制器的整流，由交流電變成了具有一定電壓的直流電，并向蓄電池進(jìn)行充電。從蓄電池組輸出的直流電，通過逆變器后變成了220V的交流電，供給用戶的家用電器。

　　風(fēng)力發(fā)電機根據(jù)應(yīng)用場合的不同又分為并網(wǎng)型和離網(wǎng)型風(fēng)力機。離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機亦稱獨立運行風(fēng)力機，是應(yīng)用在無電網(wǎng)地區(qū)的風(fēng)力機，一般功率較小。獨立運行風(fēng)力機一般需要與蓄電池和其他控制裝置共同組成獨立運行風(fēng)力機發(fā)電系統(tǒng)。這種獨立運行系統(tǒng)可以是幾kW乃至幾十kw，解決一個村落的供電系統(tǒng)，也可以是幾十到幾百W的小型風(fēng)力發(fā)電機組以解決一家一戶的供電

　　獨立運行小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

　　3 小型風(fēng)力發(fā)電機的電力變換裝置

　　由于風(fēng)能的隨機性，發(fā)電機所發(fā)出電能的頻率和電壓都是不穩(wěn)定的，以及蓄電池只能存儲直流電能，無法為交流負(fù)載直接供電。因此，為了給負(fù)載提供穩(wěn)定、高質(zhì)量的電能和滿足交流負(fù)載用電，需要在發(fā)電機和負(fù)載之間加入電力變換裝置，這種電力變換裝置主要由整流器、逆變器、控制器、蓄電池等組成。

　　3.1 整流器

　　整流器的主要功能是對風(fēng)力發(fā)電機輸出的三相交流電進(jìn)行整流，整流后的直流電經(jīng)過控制器再對蓄電池進(jìn)行充電。一般采用的都是三相橋式整流電路。在風(fēng)電支路中整流器的另外一個重要的功能是，在外界風(fēng)速過小或者基本沒風(fēng)的情況下，風(fēng)力發(fā)電機的輸出功率也較小，由于三相整流橋的二極管導(dǎo)通方向只能是由風(fēng)力發(fā)電機的輸出端到蓄電池，所以防止了蓄電池對風(fēng)力發(fā)電機的反向供電。

　　獨立運行的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，有風(fēng)輪驅(qū)動的交流發(fā)電機，需要配以適當(dāng)?shù)恼髌鳎拍軐π铍姵爻潆姟８鶕?jù)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的容量不同，整流器分為可控與不可控兩種。可控整流器主要應(yīng)用在功率較大的系統(tǒng)中，可以減小電感過大帶來的體積大、損耗大等缺點；不可控整流器主要應(yīng)用于小功率系統(tǒng)中。

　　3.2 逆變器

　　逆變器是在電力變換過程中經(jīng)常使用到的一種電力電子裝置，它的主要作用就是將蓄電池存儲的或由整流橋輸出的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)載所能使用的交流電。目前獨立運行小型風(fēng)電系統(tǒng)的逆變器多數(shù)為電壓型單相橋式逆變器。在風(fēng)力發(fā)電中所使用的逆變器要求具有較高的效率，特別是輕載時的效率要高，這是因為風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)常運行在輕載狀態(tài)。另外，由于輸入的蓄電池電壓隨充、放電狀態(tài)改變而變動較大，這就要求逆變器能在較大的直流電壓變化范圍內(nèi)正常工作，而且要保證輸出電壓的穩(wěn)定。

　　過去風(fēng)力機的控制器和逆變器是分開的，現(xiàn)在多數(shù)廠家都采用控制器和逆變器一體化的方案。控制器將發(fā)電機發(fā)出的交流電整流后，充入蓄電池組。逆變器將蓄電池組輸出的直流電轉(zhuǎn)換成220V交流電，并提供給用電器。

　　逆變器按輸人方式分為兩種：

　　（1）直流輸入型：逆變器輸入端直接與電瓶連接的產(chǎn)品；

　　（2）交流輸入型：逆變器輸入端與風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)電機交流輸出端連接的產(chǎn)品，即控制、逆變一體化的產(chǎn)品。

　　逆變器的保護功能有：

　　（1）過充保護：當(dāng)風(fēng)速持續(xù)較高，蓄電池充電很足，蓄電池組電壓超過額定電壓1.25倍時，控制器停止向蓄電池充電，多余的電流流向卸荷器。

　　（2）過放保護：當(dāng)風(fēng)速長期較低，蓄電池充電不足，蓄電池組電壓低于額定電壓0.85倍時，逆變器停止工作，不再向外供電。當(dāng)風(fēng)速再增高，蓄電池組電壓恢復(fù)到額定電壓的1.1倍時，逆變器自動恢復(fù)工作、向外供電。

　　3.3 蓄電池

　　在獨立運行的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，廣泛采用蓄電池作為蓄能裝置。蓄電池的作用是當(dāng)風(fēng)力較強或負(fù)荷減小時，可以將來自風(fēng)力發(fā)電機發(fā)出的電能中的一部分儲存在蓄電池中，也就是向蓄電池充電。當(dāng)風(fēng)力較弱、無風(fēng)或用電負(fù)荷增大時，儲存在蓄電池中的電能向負(fù)荷供電，以補足風(fēng)力發(fā)電機所發(fā)電能的不足，達(dá)到維持向負(fù)荷持續(xù)穩(wěn)定供電的作用。

　　蓄電池主要有普通蓄電池、堿性鎘鎳蓄電池以及閥控式密封鉛酸蓄電池三類。普通鉛酸蓄電池由于具有使用壽命短、效率低、維護復(fù)雜、所產(chǎn)生的酸霧污染環(huán)境等問題，其使用范圍很有限，目前已逐漸被閥控式密封鉛酸蓄電池所淘汰。閥控式密封鉛酸蓄電池整體采用密封結(jié)構(gòu)，不存在普通鉛酸蓄電池的氣漲、電解液滲漏等現(xiàn)象，使用安全可靠、壽命長，正常運行時無須對電解液進(jìn)行檢測和調(diào)酸加水，又稱為免維護蓄電池，目前已被廣泛地應(yīng)用到郵電通信、船舶交通、應(yīng)急照明等許多領(lǐng)域。堿性鎘鎳蓄電池的特點是體積小、放電倍率高、運行維護簡單、壽命長，但由于它單體電壓低、易漏電、造價高且容易對環(huán)境造成污染，因而其使用受到限制，現(xiàn)主要應(yīng)用在電動工具及各種便攜式電子裝置上。

　　目前在大多數(shù)風(fēng)電系統(tǒng)或太陽能光伏系統(tǒng)中采用的都是閥控式密封鉛酸蓄電池。蓄電池是影響風(fēng)電系統(tǒng)壽命的關(guān)鍵因素，對閥控式密封鉛酸蓄電池充放電的控制直接影響蓄電池的壽命，不合理的充放電將直接導(dǎo)致蓄電池的崩潰。在大多數(shù)的風(fēng)電系統(tǒng)中，都是由CPU來監(jiān)測并控制蓄電池的充放電過程，較多采用分階段法來優(yōu)化充電過程。因為分階段充電過程符合閥控式密封鉛酸蓄電池的特性，能很好地保護蓄電池，延長其使用壽命。

　　4 最大輸出功率調(diào)節(jié)方式

　　在風(fēng)力發(fā)電中，由于風(fēng)速變幻莫測，使對其的利用存在一定的困難。風(fēng)速的變化使風(fēng)力機輸出機械功率發(fā)生變化，從而使發(fā)電機輸出功率產(chǎn)生波動而使電能質(zhì)量下降，使風(fēng)力發(fā)電機的輸出電能質(zhì)量穩(wěn)定成為風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中的重要問題。所以改善風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，提高風(fēng)力發(fā)電機組的效率，對于最充分地利用風(fēng)能資源有著十分重要的意義。

　　根據(jù)風(fēng)力發(fā)電供電方式的不同將功率輸出定性地分為兩類：調(diào)節(jié)機械功率，在風(fēng)力機控制回路加調(diào)節(jié)裝置使風(fēng)力機輸出機械功率穩(wěn)定；調(diào)節(jié)電功率，在發(fā)電機的控制部分加入反饋，使用快速響應(yīng)的控制器和優(yōu)化控制策略來控制發(fā)電機輸出功率。

　　4.1 定漿距失速調(diào)節(jié)

　　失速調(diào)節(jié)方式是指漿葉本身所具有的失速特性，當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速時，氣流的攻角增大到失速條件，使?jié){葉的表面產(chǎn)生渦流，降低葉片氣動效率，影響能量捕獲。小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率控制擾動法失速調(diào)節(jié)一般用于恒速運行的風(fēng)力發(fā)電機中。

　　4.2 變漿距調(diào)節(jié)

　　為了提高風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率和保證風(fēng)力機輸出功率平穩(wěn)，可以通過漿距調(diào)節(jié)使風(fēng)力機適應(yīng)風(fēng)速的變化，達(dá)到最優(yōu)的功率輸出。變漿距風(fēng)力發(fā)電機組不完全依靠葉片的氣動特性，而主要是依靠與葉片相匹配的葉片攻角改變來調(diào)節(jié)風(fēng)能的轉(zhuǎn)換效率。在靜止時節(jié)距角為90°，這時氣流對槳葉不產(chǎn)生力矩，整個槳葉相當(dāng)于一塊阻尼板。當(dāng)達(dá)到啟動風(fēng)速時，槳葉向0°方向轉(zhuǎn)動，氣流對槳葉產(chǎn)生一定的攻角，葉輪開始轉(zhuǎn)動。在額定風(fēng)速以下時，葉片的攻角處于0°附近，此時葉片角度受控制精度的影響，變化范圍很小，可等同于定漿矩風(fēng)機。在額定風(fēng)速以上時，變漿距機構(gòu)發(fā)揮作用，調(diào)整葉片攻角，保證發(fā)電機的功率在允許范圍之內(nèi)。變漿距風(fēng)力機啟動風(fēng)速比較低，這對增加發(fā)電量幾乎沒有什么意義，停機時對傳動機構(gòu)沖擊小，風(fēng)力機正常工作時主要采用功率控制。

　　4.3 主動失速調(diào)節(jié)

　　這種調(diào)節(jié)方式是前兩種功率調(diào)節(jié)方式的組合。在低風(fēng)速時，采用變漿距調(diào)節(jié)，可達(dá)到更高的氣動效率；當(dāng)風(fēng)機達(dá)到額定功率后，風(fēng)機按照變漿距調(diào)節(jié)時風(fēng)機調(diào)節(jié)漿距相反的方向改變漿距，這種調(diào)節(jié)將引起葉片攻角的變化，從而導(dǎo)致更深層次的失速，可使功率輸出更加平滑。這種調(diào)節(jié)方式綜合前兩種調(diào)節(jié)方式的優(yōu)點，類似變漿距調(diào)節(jié)，但不需要很靈敏的調(diào)節(jié)速度，錦工時，整個機組受到的沖擊也較小。

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