风能发电技术

1、风能发电技术一、风力发电简介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，早在本世纪初就已经开始了。三十年代，丹麦、

2、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

3、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。二、怎样利用风力来发电我们把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能，这就是风力发电。 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。

4、（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

5、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。三、多大的风力才可以发电一般说来，3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，当风速每秒为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 秒为6米时，只有

6、16千瓦；而风速为每秒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。四、风力发电的原理风力发电的原理，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，大约是每秒三公尺的微风速 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 风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射

7、或空气污染。风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；我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。五、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

8、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。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

9、500W甚至1000W乃至更大的功率出。六、风力发电机的分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；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。升力型风力发电机选抓速度 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

10、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

11、。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6型，型，Y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。其他形式的垂直轴风力发电机有马格努斯效应风轮，他由自旋的圆柱体组成，当它在气流中工作时，产生 的移动力是由于马格努斯效应引起的，其大小与风速成正比。有的垂直轴风轮使 用管道或者漩涡发生器塔，通过

12、套管或者扩压器使水平气流变成垂直气流，以增 加速度，偶写还利用太阳能或者燃烧某种燃料，是水平气流变成垂直方向的气流。七、风能市场概况全球风电市场状况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2.74X109MW，其中可利用的风能为2X107MW，比地球上可开发 利用的水能总量还要大10倍。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。随着全球经济的发展，风能市场也迅速发展起来。自2004年以来，全球风 力发电能力翻了一番，2006年至2007年间，全球风能发电装机容量扩大27%。 2007年已有9万兆瓦，这一数字到2010年将是

13、16万兆瓦。预计未来20-25年 内，世界风能市场每年将递增25%。随着技术进步和环保事业的发展，风能发电 在商业上将完全可以与燃煤发电竞争。中国风电总体市场“十五”期间，中国的并网风电得到迅速发展。2006年，中国风电累计装 机容量已经达到260万千瓦，成为继欧洲、美国和印度之后发展风力发电的主要 市场之一。2007年我国风电产业规模延续暴发式增长态势，截至2007年底全国 累计装机约600万千瓦。2008年8月，中国风电装机总量已经达到700万千瓦， 占中国发电总装机容量的1%，位居世界第五，这也意味着中国已进入可再生能 源大国行列。2008年以来，国内风电建设的热潮达到了白热化的程度。2

14、009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。2009年，台湾地区新增风电机组37台， 容量77.9MW；累计安装风电机组227台，容436.05MW。中国风力发电行业的发展前景中国风力等新能源发电行业的发展前景十分广阔，预计未来很长一段时间都 将保持高速发展，同时盈利能力也将随着技术的逐渐成熟稳步提升。2009年该 行业的利润总额将保持高速增长，经过2009年的高速增长，预计2010、2011 年增速会稍有回落，但增长速度也将达60%以上。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%，近几年世界风电增长一直保持在 30%以上。随着中国风电装机的国产化和发电的规模化，风电成本可望再降。因 此风电开始成为越来越多投资者的逐金之地。八、风力发