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风力发电设备技术现状与发展趋势

摘要：相对于火力发电，风力发电更加清洁，成本更低。近年来，随着风力

发电技术不断成熟，风力发电在电网系统能源的分量不断增加。与传统能源相比，

风力发电具有较多优势，如建设周期短、成本低和综合效益好，能够在提供能源

的同时减少环境污染。

关键词：风力发电设备；技术现状；发展趋势

引言

当前，不仅我国尤为重视风力发电，其他国家也对其密切关注，将其确定为

一种必须加大发展力度的新能源技术。由于石油等化石资源越来越匮乏，作为一

种集丰富、可再生、清洁等诸多优点于一身的新资源，风能受到了世界各国的青

睐。丹麦早在19世纪末便构建了全球首台风力发电机，但因为经济、技术有限，

在提供电能方面，不能将风力发电作为主要供能措施。20世纪中期，欧美国家在

风电发电机组的构建方面投入了诸多资金，为其发展提供了重要保障。

1风力发电技术的基本发电原理

风力发电主要是把风能变成机械能，然后将其转变成电力能源。风力发电机

组是风力发电中运用的一种设备装置，其主要可以分为3个部分，即塔架、风机

主机、叶轮。叶轮装置将风能转变成机械能，其主要包括：三片螺旋桨形状的桨

叶、轮毂。在风的作用下，桨叶上形成的气动力带动了叶轮的转动。风力发电机

的塔架，即一套为整个叶轮、风机主机提供支撑的构架。在对塔架的高度进行设

置时，需要全面考虑当地风速、实际环境地面障碍物以及叶轮直径大小对风速造

成影响，确保设置塔架的高度符合风力发电机组实际工作的要求。通常风机主机

的组成部分包括：发电机、增速机、转体和尾翼，这些部分均发挥了重要作用。

实际工作中，在风力的作用下，风机叶轮开始旋转，借助增速机使旋转速度加快，

向发电机传递机械能。一般发电机转子均是使用励磁体或永磁体，利用定子绕阻

切割磁力线促使电能产生，最后由发电机把机械能转化为电能。为了保证叶轮在

工作中一直对准风向，实现功率最大化，在实际使用时需要把尾翼安装在叶轮后，

风力发电机的转体和尾翼可以保证叶轮一直和风向保持一致，以获得最大的风力

作用力。

2风力发电技术的主要装置

2.1发电机

风力发电机包括旋体、叶片、尾翼等部件，各个部件的合理配合运行能提升

发电的效率。其中，风力发电机头部可以将叶片产生的机械能转化为电能，旋体

可以调整尾翼的方向，尾翼主要是针对风向进行调整，可以提升发电机的最大风

力。

2.2塔架

塔架是风力发电机组的承重构件，也是重要的支撑构件。它能够使叶轮达到

一定高度，进而确保有足够大的风速来驱动叶轮的转动，保证风能能够转变为机

械能。塔架主要有垳架、钢结构塔架、格构式钢结构塔架、圆筒式或者锥筒式钢

塔架、混凝土塔架、预应力混凝土混合塔架等模式。在实际使用过程中，很多项

目都选择了预应力混凝土混合塔架，文章也以此为例进行分析。预应力混凝土塔

架风力发电机单机容量大，塔架高度高、相对稳定、耐久性好，在抗疲劳等方面

也远远优于其他的模式，维修费用和造价是比较低，能够节约建设成本，在施工

现场也十分便于安装。在具体的设计和安装过程中，需要考虑材料强度，也需要

结合预应力混凝土混合塔架进行计算载荷和风轮的相关数据，来保证其满足实际

需求。在具体的数据方面，需要注意塔架高度、轮毂中心高度、塔底外径塔壁厚、

塔顶外径、钢塔高度和预应力混凝塔高度等数值。

3风力发电设备技术现状

3.1风力发电电气控制技术概述

风力发电主要是将自然风的动能转变成机械动能，再把机械动能转化为电能，

利用风能资源的模式。从一开始这项技术就被采用，由于风能是清洁能源，且能

量巨大，是可再生能源的一种。当前，世界正在被严重污染，面临能源短缺的问

题。因此，有必要积极利用风电资源，既可以降低资源利用率，又可以保护环境。

但是，在实施风力发电的过程中，风力发电的可靠性不是很强，这与大气压力、

温度等各种自然因素对风力发电效率的影响有关。对此，在风力发电中应用电气

控制技术可以有效提高发电可靠性。电气控制技术是将一系列电气元件组合在一

起，并使用其中特定的一个来控制特定对象，使受控设备在运行过程中具有很强

的可靠性和安全性。当前阶段，风力发电过程中已广泛使用了电气控制技术，以

更好地控制发电过程，成果较优。

3.2定桨距失速发电技术

一般在设置发电机组时都需要并网，这对发电机组的稳定运行具有决定性的

作用，最大限度地发挥风电系统的运行轨迹。同时，定桨距失速发电技术的主要

目的是控制发电机组的功率，这反映了定距本身的配置非常复杂，