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风力发电

风力发电依靠风力机将风能转换为电能。

图2为一台水平风力发电机的结构示意图。图中，风力机的风轮由三个用

玻璃钢或尼龙等制成的叶片构成。风力

吹动风轮旋转，并通过变速齿轮箱将风

力机轴上的低速旋转(约为

18-33r/min)转变为发电机所需的高转

速(800r/min或1500r/min)，传给发电

机轴使之旋转电。

当风力发电机的风轮正对风向时，

风轮得到的风能最大。为了保证风轮随

时都迎着风向，在风力发电机中设有偏

航系统。当装在机舱顶部的风向标测得

风轮不正对风向时，会发出偏航指令，

通过偏航系统使机舱和风轮绕塔架的

垂直轴转动，以达到对准风向的目的。

风轮转速和发电机的输出功率是随风速增大而提高的。风速太大会使风轮转

速过快和发电机超负荷运行，这些均会使风力发电机发生运行事故。为了保证风

力发电机的安全运行，风力发电机中都设有限速安全装置以调节风力发电机风轮

的转速，使之在一定风速范围内保持差不多不变，以便风力发电机能在不同风况

下稳定运行。风轮转速调节方法要紧有两类，一类是风轮叶片桨距固定型，另一

类是风轮叶片桨距变动型。固定桨距型的调速方法为，当风速增大时，通过各种

机构使风轮绕垂直轴回转，以偏离风向，减少迎风而和受到的风力以达到调速的

目的。变桨距型的调速方法为，当风速变化时，通过一套桨叶角度调蔡装置转动

桨叶，改变叶片与风力的作用角度，使风轮承受的风力发生变化，以此来达到调

速的目的。

这两种调速方法中，前者结构相对较为简单，但机组结构受力较大，后者增

加了桨叶角度调蔡装置，增加了造价但可使机组在高于额定风速情况下仍保持稳

定的功率输出，提高发电量。因此中、小型风力发电机组较少采纳变桨距调速方

法，而大型风力发电机组大多采纳变桨距调速方法。

除限速装置外，风力发电机还装有制动器。当风速太高时，制动器能够使风

轮停转，以保证风力发电机在特大风速时的安全。

水平轴风力发电机设计理论说明，在一定的风力机转速与风速的比值下，风

力发电机的风轮对风能的转换效率最高。关于常用的转速不变的恒转速风力发电

机而言，在风速变化时就无法保持最正确的风力机转速与风速的比值，因而其风

能转换效率就不能经常保持在最正确值。但恒转速风力发电机能够输出恒定频率

的交流电，便于与电网连接。随后研制的变转速风力发电机能够在不同风速下均

保持最正确的转速与风速的比值，因而风能转换效率高，一般比恒转速风力发电

机可增加约10%的发电量。但其输出电流的频率不稳定，必须通过增设的变频装

置才能实现输出恒频的交流电以便与电网连接。现在单机功率超过1MW的大型风

力发电机组大多采纳变转速运行方式。

风力发电机组中的塔架将风轮和机舱置于空中以获得更多的风能。塔架有两

种要紧结构，一种为由钢板制成的锥形筒状塔架，另一种为由角钢制成的析架式

塔架，两者均设有梯子和安全索以便于维修人员进入机舱。

大中型风力发电机组均配有由微机和操纵软件组成的操纵系统，能够对机组

的启动、停机、调速、故障保护进行自动操纵，能够对机组的运行参数和工作状

况自动显示和纪录，以确保机组的安全经济运行。

风力发电机组依照其运行方式可分为离网型风力发电系统和并网型风力发

电系统。前者独立运行，要紧用于边远农村、牧区、海岛等远离电网的地区，机

组功率较小(一般为5kW以下)。在这种系统中，风力交流发电机输出的交流电经

整流器整流后输入蓄电池蓄能，再供直流负荷使用。如用户需要交流电，那么应

在蓄电池与用户之间加装逆变器后再输给用户。在无风期间，可由蓄电池供电。

风力发电机组也可和柴油发电机组或太阳光发电系统组成一个互补型的联合发

电系统。在风力发电机不能输出足够电力时，另一个系统可提供备用的电力。风

力发电机采纳并网运行方式指的是将风力发电机组与电网连接并将输出的电力

并入电网。关于恒速恒频的常用风力发电机组己普遍采纳。关于变速风力发电机

组那么需增设变频装置等使输出电流达到恒频后再并网运行。

风力发电始于丹麦，其政府在1890年就制定了一项风力发电计划，随后建

成了世界首座风力发电站。到1918年己具有72台单机功率为5×25kW的风力发

电机组。1931年，前苏联成功地制造了一台30kW的水平轴风力发电机组。当时

是全球功率最大的一台。1941年美国试制了一台功率为1250kW的风力发电机组，

但限于当时的技术水平，运行不稳定，经济性低下