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风电科普知识

一、风电行业一些基础知识

风能是一种干净的、储量丰富、可再生的能源。风能发电的主要

形式有三种：一是独立运行；二是风力发电与其他发电方式(如柴油

机发电)相结合；三是风力并网发电。

小型独立风力发电系统一般不并网发电，只能独立使用，单台

装机容量约为100瓦-5千瓦，通常不超过10千瓦。它的构成为：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。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。因风量不稳定，故小型风力发电机输出的是13～25v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。

德国、丹麦、西班牙等国家的企业开发建立了评估风力资源的测

量及计算机模拟系统，发展变桨距控制及失速控制的风力机设计理

论，采用新型风力机叶片材料及叶片翼型，研制出变极、变滑差、变

速恒频及低速永磁等新型发电机，开发了由微机控制的单台及多台风

力发电机组成的机群的自动控制技术，从而大大提高了风力发电的效

率及可靠性。在此基础上，风力发电机单机装机容量可以达到600千

瓦以上。不少国家建立了众多的中型及大型风力发电场，并实现了与

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大电网的对接。现代风力发电机多为水平轴式。一部典型的

现代水平轴式风力发电机包括叶片、轮毂(与叶片合称叶轮)、机舱罩、

齿轮箱、发电机、塔架、基座、控制系统、制动系统、偏航系统、液

压装置等。其工作原理是：当风流过叶片时，由于空气动力的效应带

动叶轮转动，叶轮透过主轴连结齿轮箱，经过齿轮箱(或增速机)加速

后带动发电机发电。目前也有厂商推出无齿轮箱式机组，可降低震动、

噪音，提高发电效率，但成本相对较高。

风力发电机并不能将所有流经的风力能源转换成电力，理论上最

高转换效率约为59%，实际上大多数的叶片转换风能效率约介于

30-50%之间，经过机电设备转换成电能后的总输出效率约为20-45%。

一般市场上风力发电机的启动风速约为2.5-4米/秒，于风速12-15

米/秒时达到额定的输出容量。当风速更高时，风力发电机的控制机

构将电力输出稳定在额定容量左右，为避免过高的风速损坏发电机，

大多于风速达20-25米/秒范围内停机。一般采用旋角节制或失速节

制方式来调节叶片之气动性能及叶轮的输出。依据目前的技术，3米

/秒左右的风速(微风的程度)便可以进行发电。但在进行风场评估时，

通常要求离地10米高的年平均风速达到5-5.5米/秒以上。

风机叶片从风的流动获得的能量与风速的三次方成正比。风速之

外，叶轮直径决定了可撷取风能的多寡，约与叶轮直径平方成正比。

叶片的数量也会影响到风机的输出。一般来说，2叶、3叶风机效率

较高，力矩较低，适用于发电。此外。现代风机的叶片多采用机翼的

翼型。

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近年来，风电机组技术改进的主要方向是降低制造成本、提高单

机容量、提高风能转换效率、自动控制等。主流风电机组的单机容量

为600-2000千瓦，容量越大，发电效率越高，技术难度越大。目前，

国内单机容量750-2000千瓦的机组最受欢迎。国外正在开发、应用

的机组单机容量是3000-5000千瓦。2003年，德国enercon公司安

装了第一台4500千瓦的风电机组样机。

风电的优劣之处

风电的优点包括：(1)、利用自然界的可再生能源，干净无污染，无

须燃料；(2)、运行成本低，风电机组的设计寿命约为20-25年，运

行和维护的费用通常相当于机组总成本的3%-5%；(3)、建设周期短，

若不计测风，快者一年左右可建成。