风力发电原理Word格式文档下载.docx
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成
熟
适
合
工
业
应
用
近
三
典
型
的
轮
直
径
增
大
而
额
定
功
率
也
提
升
在二十一世纪00年代初，风力发电机最具经济效益的额定输出功率范围在600千瓦至750千瓦之间，而风轮直径则在40
米
至47
之
间
当
时
所
有
制
造
商
都
生
产
类
新
一代
兆
瓦
级
是
以
种
作
为
基
础
来
二零零七年初，有一些制造商开始生产额定功率为几兆瓦而风轮直径达到约90米的风力发电机（例如VestasV903.0兆瓦
风电机，NordexN902.5兆瓦风电机等等），甚至有些直径达100
米（如GE3.6兆瓦风电机）。
这些大型风力发电机主要市场是
欧
洲
欧洲，适合风电
地
段
日渐减少，因此有逼切性安
装
能
力尽量高的风力
另一类更大型的为海上应用而设计的风力发电机，已经完成设计并制成原型机。
例如REPower公司设计的风力发电机风轮直径达126米，功率达5兆瓦。
下
1）
风列
风的功率
的能量指的是风的动能公式计算。
特定质
量
空
气
动
能可以用
=1/2X质量X（速度）^2
吹
过特定面积的风的的功
率可以用
列
公
式
计
算
其
=1/2X空气密度X面积X
中，
（速度）^3
单
位
特
；
密
度
千克/
立方米；
面积指气流横截面积，单位为平方米；
速度单位为米/秒。
在海平面高度
和摄氏15
度的条件下，
乾
1.225
千
克
/立方米。
空气
密度随气
压和温度而变
随
著
高
升高
空气密度也会下降。
於上述公式中可以看出，风的功率与速度的三次方〔立方〕成正比，并与风轮扫掠面积成正比。
不过实际上，风轮只能提取风的能量中的一部分，而非全部。
2）风力发电机的工作原理
现代风力发电机采用空气动力学原理，就像飞机的机翼一样。
风并非"
推"
动风轮叶片，而是吹过叶片形成叶片正反面的压差，这种压差会产生升力，令风轮旋转并不断横切风流。
风力发电机的风轮并不能提取风的所有功率。
根据Betz定律，理论上风电机能够提取的最大功率，是风的功率的59.6%。
大多数风电机只能提取风的功率的40%或者更少。
风力发电机主要包含三部分∶风轮、机舱和塔杆。
大型与
网
接
驳
常
见
结
构
横
轴
叶
片
安
立
管
状
塔
杆
上
风轮叶片由复合材料制造。
不像小型风力发电机，大型风电机的风轮转动相当慢。
比较简单的风力发电机是采用固定速度的。
通常采用两个不同的速度-在弱风下用低速和在强风
速
些
的感
应式
异
步发电机能够直接发
频
交
流
比较新型的设计一般是可变速的（比如Vestas公司的V52-850千瓦风电机转速为每分钟14转到每分钟31.4转）。
利用可变速操作，风轮的空气动力效率可以得到改善，从而提取更多的
且
弱
情
况
噪音更低。
因此，变速的风电机设
比
越
越受欢迎。
机舱上安装的感测器探测风向，透过转向机械装置令机舱和风轮自动转向，面向来风。
风轮的旋转运动通过齿轮变速箱传送到机舱内的发电机（如果没有齿轮变速箱则直接传送到发电机）。
在风电工业中，配有变速箱的风力发电机是很普遍的。
不过，为风电机而设计的多极直接驱动式发电机，也有显著的发展。
设於塔底的变压器（或者有些设於机舱内）可提升发电机
的电压到配电网电压（香港的情况为11千伏）。
所有风力发电机的功率输出是随著风力而变的。
强风下最常见的两种限制功率输出的方法（从而限制风轮所承受压力）是失速调节和斜角调节。
使用失速调节的风电机，超过额定风速的强风会导致通过业片的气流产生扰流，令风轮失速。
过
强
尾
部
置
会
令
剎
车
使
斜
角
调
节
每
够
纵
向
旋
转
同
变
从
改
性
能。
当风力过强时，叶片转动至迎气边缘面向来风，从而令风轮剎车。
叶片中嵌入了避雷条，当叶片遭到雷击时，可将闪电中的电流引导到地下去。
上图：
VestasV52-850千瓦风力发电机机舱内的组成部份
（来源：
Vestas）
3）风力发电机的功率曲线
在风速很低的时候，风电机风轮会保持不动。
当到达切入风速时（通常每秒3到4米），风轮开始旋转并牵引发电机开
始
输
加
达
到
後
保
留
致
进
一
步
切
候
再
免
受
损
风力发电机的性能可以用功率曲线来表达。
功率曲线是用作显示在不同风速下（切入风速到切出风速）风电机的输出功率。
V52-850千瓦风力发电机於不同噪音级别下的工作曲线（噪音级别可透过改变风力发电机的转速而改变）
为特定地点选取合适的风力发电机，一般方法是采用风电机的功率曲线和该地点的风力资料以进行产电量估算。
。
（在大型风力发电机-资源潜力部分有更多相关资讯）
4）风力发电机的额定输出功率
风力发电机的额定输出功率是配合特定的额定风速设而定的。
由於能量与风速的立方成正比，因此，风力发电机的功率会随风速变化会很大。
同样构造和风轮直径的风电机可以配以不同大小的发电机
因此两座同样构造和风轮直径的风电机可能有相当不同的额定输出功率值，这取决於它的设计是配合强风地带（配较大型发电机）或弱风地带（配较小型发电机）。
5）
主
要
和
竖
风力发电机
根
据
固
方
，风力发电机可以分为横轴和竖轴
两类。
横轴式风电机工作时转轴方向与风向一致，竖轴式风电机转轴方向与风向成直角。
横轴式风电机通常需要不停地变向以保持与风向一致。
而竖轴式风电机则不必如此，因为它可以收集不同来向的风能。
横轴式风电机在世界上占主流位置。
逆风风力发电机和顺风风力发电机
逆风风电机是一种风轮面向来风的横轴式风电机。
而对於
顺
电机，来风是从风轮的背後吹来。
大多数的风力发电
逆
风式的。
叶片、双叶片和三叶片风力发
片的数目由很多因素决定，其
中
包
括
效
、复
杂
2
或
、成本、噪音、美学要求等等
者3片叶片构成。
可
由1、
片较少的风力发电机通常需要
更
取
中的
能量，因此噪音比较大。
而如果叶片太多，它们之间会相互作用而降低系统效率。
目前3叶片风电机是主流。
从美学角度上看，3叶片的风电机看上去较为平衡和美观。
6）
岸
上风电场
风电系统可以是仅有一台风电机，或者由
多
台风
电机
器
线
排列或方阵排列形成风电场。
场的风力发电机相互之间需要有足够的距
离
，以
免造
的湍流相互影响，或由於"
尾流效应"
而严
的功率输出。
重
减低
後排
了
配合运送大型设备（特别是叶片）到安装
场，
须要
建
设
道
路。
另外亦须要建设输电线，把风电场的输出连接到
入点。
7）世界各地的风力发电装置
到2005年底，世界总风力发电装机容量达58千兆瓦。
德国、西班牙、美国、印度和丹麦是以风力发电装机容量来算前几名的国家。
在丹麦，风能发电提供该国总用电量的20％。
香港第一台大型风力发电机是由香港电灯集团於2005年末安装在南丫岛上，并於2006年二月正式启用。
该机额定输出功率为800千瓦。
风能是可再生能源发展中最快的部分。
由1995年到2005年
之间的年增长率为28.5％。
根据德国风能会（DEWI）的估计，风能发电的年增长率将保持高增长率，在2012年或之前全球风力发电装机容量可能达到150千兆瓦
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