風力發(fā)電廠原理圖：終于徹底搞懂了風力發(fā)電原理！

　　風力發(fā)電是把風的動能轉(zhuǎn)為電能。目前已被廣泛應用，可是你真的知道風力發(fā)電機內(nèi)部的結構和工作原理嗎？

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

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

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

　　看看視頻順便學學英語

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　　——視頻字幕By e-works

　　風力發(fā)電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉(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)目前的風車技術，大約是每秒三公尺的微風速度(微風的程度)，便可以開始發(fā)電。

　　風力發(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):風力發(fā)電機+充電器+數(shù)字逆變器。

　　風力發(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:葉片用來接受風力并通過機頭轉(zhuǎn)為電能;尾翼使葉片始終對著來風的方向從而獲得最大的風能; 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:機艙包容著風力發(fā)電機的關鍵設備，包括齒輪箱、發(fā)電機。維護人員可以通過風力發(fā)電機塔進入機艙。機艙左端是風力發(fā)電機轉(zhuǎn)子，即轉(zhuǎn)子葉片及軸。

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

　　軸心:轉(zhuǎn)子軸心附著在風力發(fā)電機的低速軸上。

　　低速軸:風力發(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600千瓦風力發(fā)電機上，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相當慢，大約為19至30轉(zhuǎn)每分鐘。軸中有用于液壓系統(tǒng)的導管，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，或風力發(fā)電機被維修時。

　　發(fā)電機:通常被稱為感應電機或異步發(fā)電機。在現(xiàn)代風力發(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。偏航裝置由電子控制器操作，電子控制器可以通過風向標來感覺風向。圖中顯示了風力發(fā)電機偏航。通常，在風改變其方向時，風力發(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)器來呼叫風力發(fā)電機操作員。

　　液壓系統(tǒng):用于重置風力發(fā)電機的空氣動力閘。

　　冷卻元件:包含一個風扇，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。一些風力發(fā)電機具有水冷發(fā)電機。

　　塔:風力發(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，風速越大。現(xiàn)代600千瓦風汽輪機的塔高為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)部的梯子到達塔頂。格狀的塔的優(yōu)點在于它比較便宜。

　　【來源】e-works

　　碳道

風力發(fā)電廠原理圖：風力發(fā)電內(nèi)部結構圖-風力發(fā)電原理圖

　　關鍵詞：

　　風力發(fā)電

　　摘要：風力發(fā)電是利用風力帶動風車葉片旋轉(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（這也是風力發(fā)電的原理）；以下為您圖解風力發(fā)電是什么。

　　風力發(fā)電是利用風力帶動風車葉片旋轉(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（這也是風力發(fā)電的原理）。

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

　　風力發(fā)電機將風能轉(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、風速計、風向標等；

　　以下為您圖解風力發(fā)電是什么。

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風力發(fā)電廠原理圖：風力發(fā)電原理及風力發(fā)電的工藝流程

　　關鍵詞：風力發(fā)電 工藝流程

　　一、風力發(fā)電基本原理及組成

　　1.原理 把風的動能轉(zhuǎn)變成機械動能，再把機械能轉(zhuǎn)化為電力動能，這就是風力發(fā)電。風力發(fā)電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉(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)目前的風車技術，大約是每秒三米的微風速度（微風的程度），便可以開始發(fā)電。 風力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，因為風力發(fā)電不需要使用燃料，也不會產(chǎn)生輻射或空氣污染。 2.風力發(fā)電裝置組成 風力發(fā)電所需要的裝置，稱作風力發(fā)電機組。這種風力發(fā)電機組，大體上可分風輪(包括尾舵)、發(fā)電機和鐵塔三部分。（大型風力發(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 風輪風輪是把風的動能轉(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。當風吹向漿葉時，槳葉上產(chǎn)生氣動力驅(qū)動風輪轉(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合材料(如碳纖維)來制造。（現(xiàn)在還有一些垂直風輪，s型旋轉(zhuǎn)葉片等，其作用也與常規(guī)螺旋槳型葉片相同）由于風輪的轉(zhuǎn)速比較低，而且風力的大小和方向經(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。為保持風輪始終對準風向以獲得最大的功率，還需在風輪的后面裝一個類似風向標的尾舵。2.2 鐵塔鐵塔是支承風輪、尾舵和發(fā)電機的構架。它一般修建得比較高，為的是獲得較大的和較均勻的風力，又要有足夠的強度。鐵塔高度視地面障礙物對風速影響的情況，以及風輪的直徑大小而定，一般在6-20米范圍內(nèi)。2.3 發(fā)電機 發(fā)電機的作用，是把由風輪得到的恒定轉(zhuǎn)速，通過升速傳遞給發(fā)電機構均勻運轉(zhuǎn)，因而把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

　　二、風電場組成1.風電機群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.風電場管理系統(tǒng)

　　三、 風力發(fā)電系統(tǒng)示意圖 由風電機群組成的風電場A、升壓變電站B和輸電線路L組成的并網(wǎng)型風力發(fā)電系統(tǒng)，是將風電電力通過PCC節(jié)點送入電力網(wǎng)絡，再供給用戶。PCC節(jié)點是風電場與電網(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，有時也可設置在線路的末端。

　　四、 風電機組的結構、原理及組成部件 4.1結構 它通常由風輪（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原理首先通過風輪把風能轉(zhuǎn)換為機械能，進而借助于發(fā)電機再把機械能轉(zhuǎn)化為電能。由于風輪的轉(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（電動伺服機構），偏航機構（電動伺服機構），剎車、制動機構，風速傳感器，發(fā)電機，并網(wǎng)開關，軟并網(wǎng)裝置，變頻器，控制系統(tǒng)，無功補償設備主變壓器，轉(zhuǎn)速傳感器組成。

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

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

風力發(fā)電廠原理圖：風力發(fā)電原理結構圖

　　風力發(fā)電機組是將風能轉(zhuǎn)化為電能的機械。從能量轉(zhuǎn)換的角度看，風力發(fā)電機組由兩大部分組成：其一是風力機，它的功能是將風能轉(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。

　　小型風力發(fā)電系統(tǒng)結構如圖所示。它一般由風輪、發(fā)電機、尾舵和電氣控制部分等構成。常規(guī)的小型風力發(fā)電機組多由感應發(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。在風的吹動下，風輪轉(zhuǎn)動起來，使空氣動力能轉(zhuǎn)變成了機械能（轉(zhuǎn)速+扭矩）。風輪的輪轂固定在發(fā)電機軸上，風輪的轉(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。

　　風力發(fā)電機根據(jù)應用場合的不同又分為并網(wǎng)型和離網(wǎng)型風力機。離網(wǎng)型風力發(fā)電機亦稱獨立運行風力機，是應用在無電網(wǎng)地區(qū)的風力機，一般功率較小。獨立運行風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的小型風力發(fā)電機組以解決一家一戶的供電

　　獨立運行小型風力發(fā)電系統(tǒng)

　　3 小型風力發(fā)電機的電力變換裝置

　　由于風能的隨機性，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，無法為交流負載直接供電。因此，為了給負載提供穩(wěn)定、高質(zhì)量的電能和滿足交流負載用電，需要在發(fā)電機和負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力發(fā)電機輸出的三相交流電進行整流，整流后的直流電經(jīng)過控制器再對蓄電池進行充電。一般采用的都是三相橋式整流電路。在風電支路中整流器的另外一個重要的功能是，在外界風速過小或者基本沒風的情況下，風力發(fā)電機的輸出功率也較小，由于三相整流橋的二極管導通方向只能是由風力發(fā)電機的輸出端到蓄電池，所以防止了蓄電池對風力發(fā)電機的反向供電。

　　獨立運行的小型風力發(fā)電系統(tǒng)中，有風輪驅(qū)動的交流發(fā)電機，需要配以適當?shù)恼髌鳎拍軐π铍姵爻潆姟８鶕?jù)風力發(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)樨撦d所能使用的交流電。目前獨立運行小型風電系統(tǒng)的逆變器多數(shù)為電壓型單相橋式逆變器。在風力發(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：當風速持續(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：當風速長期較低，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。當風速再增高，蓄電池組電壓恢復到額定電壓的1.1倍時，逆變器自動恢復工作、向外供電。

　　3.3 蓄電池

　　在獨立運行的小型風力發(fā)電系統(tǒng)中，廣泛采用蓄電池作為蓄能裝置。蓄電池的作用是當風力較強或負荷減小時，可以將來自風力發(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。當風力較弱、無風或用電負荷增大時，儲存在蓄電池中的電能向負荷供電，以補足風力發(fā)電機所發(fā)電能的不足，達到維持向負荷持續(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構，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，目前已被廣泛地應用到郵電通信、船舶交通、應急照明等許多領域。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。蓄電池是影響風電系統(tǒng)壽命的關鍵因素，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致蓄電池的崩潰。在大多數(shù)的風電系統(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

　　在風力發(fā)電中，由于風速變幻莫測，使對其的利用存在一定的困難。風速的變化使風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，使風力發(fā)電機的輸出電能質(zhì)量穩(wěn)定成為風力發(fā)電技術中的重要問題。所以改善風力發(fā)電技術，提高風力發(fā)電機組的效率，對于最充分地利用風能資源有著十分重要的意義。

　　根據(jù)風力發(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，在風力機控制回路加調(diào)節(jié)裝置使風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，當風速高于額定風速時，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力發(fā)電機中。

　　4.2 變漿距調(diào)節(jié)

　　為了提高風能轉(zhuǎn)換效率和保證風力機輸出功率平穩(wěn)，可以通過漿距調(diào)節(jié)使風力機適應風速的變化，達到最優(yōu)的功率輸出。變漿距風力發(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，整個槳葉相當于一塊阻尼板。當達到啟動風速時，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，可等同于定漿矩風機。在額定風速以上時，變漿距機構發(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)。變漿距風力機啟動風速比較低，這對增加發(fā)電量幾乎沒有什么意義，停機時對傳動機構沖擊小，風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。在低風速時，采用變漿距調(diào)節(jié)，可達到更高的氣動效率；當風機達到額定功率后，風機按照變漿距調(diào)節(jié)時風機調(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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