風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理及原理圖

風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理及原理圖

現(xiàn)代變速雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理就是通過葉輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械轉(zhuǎn)距(風(fēng)輪轉(zhuǎn)動慣量),通過主軸傳動鏈,經(jīng)過齒輪箱增速到異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速后,通過勵(lì)磁變流器勵(lì)磁而將發(fā)電機(jī)的定子電能并入電網(wǎng).如果超過發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)子也處于發(fā)電狀態(tài),通過變流器向電網(wǎng)饋電.

最簡單的風(fēng)力發(fā)電機(jī)可由葉輪和發(fā)電機(jī)兩部分構(gòu)成,立在一定高度的塔干上,這是小型離網(wǎng)風(fēng)機(jī).最初的風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能隨風(fēng)變化時(shí)有時(shí)無,電壓和頻率不穩(wěn)定,沒有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值.為了解決這些問題,現(xiàn)代風(fēng)機(jī)增加了齒輪箱、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等.

齒輪箱可以將很低的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速(1500千瓦的風(fēng)機(jī)通常為12-22轉(zhuǎn)/分)變?yōu)楹芨叩陌l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速(發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速通常為1500轉(zhuǎn)/分).同時(shí)也使得發(fā)電機(jī)易于控制,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的頻率和電壓輸出.偏航系統(tǒng)可以使風(fēng)輪掃掠面積總是垂直于主風(fēng)向.要知道,1500千瓦的風(fēng)機(jī)機(jī)艙總重50多噸,葉輪30噸,使這樣一個(gè)系統(tǒng)隨時(shí)對準(zhǔn)主風(fēng)向也有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難度.

風(fēng)機(jī)是有許多轉(zhuǎn)動部件的,機(jī)艙在水平面旋轉(zhuǎn),隨時(shí)偏航對準(zhǔn)風(fēng)向;風(fēng)輪沿水平軸旋轉(zhuǎn),以便產(chǎn)生動力扭距.對變槳矩風(fēng)機(jī),組成風(fēng)輪的葉片要圍繞根部的中心軸旋轉(zhuǎn),以便適應(yīng)不同的風(fēng)況而變槳距.在停機(jī)時(shí),葉片要順槳,以便形成阻尼剎車.

早期采用液壓系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)葉片槳矩(同時(shí)作為阻尼、停機(jī)、剎車等狀態(tài)下使用),現(xiàn)在電變距系統(tǒng)逐步取代液壓變距.

就1500千瓦風(fēng)機(jī)而言,一般在4米/秒左右的風(fēng)速自動啟動,在13米/秒左右發(fā)出額定功率.然后,隨著風(fēng)速的增加,一直控制在額定功率附近發(fā)電,直到風(fēng)速達(dá)到25米/秒時(shí)自動停機(jī).

現(xiàn)代風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)極限風(fēng)速為60-70米/秒,也就是說在這么大的風(fēng)速下風(fēng)機(jī)也不會立即破壞.理論上的12級颶風(fēng),其風(fēng)速范圍也僅為32.7-36.9米/秒.

風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)要根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)向?qū)ο到y(tǒng)加以控制,在穩(wěn)定的電壓和頻率下運(yùn)行,自動地并網(wǎng)和脫網(wǎng);同時(shí)*齒輪箱、發(fā)電機(jī)的運(yùn)行溫度,液壓系統(tǒng)的油壓,對出現(xiàn)的任何異常進(jìn)行報(bào)警,必要時(shí)自動停機(jī),屬于無人值守獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)單元.

風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的動力機(jī)械，又稱風(fēng)車。廣義地說，它是一種以太陽為熱源，以大氣為工作介質(zhì)的熱能利用發(fā)動機(jī)。

許多世紀(jì)以來，風(fēng)力發(fā)電機(jī)同水力機(jī)械一樣，作為動力源替代人力、畜力，對生產(chǎn)力的發(fā)展發(fā)揮過重要作用。近代機(jī)電動力的廣泛應(yīng)用以及二十世紀(jì)50年代中東油田的發(fā)現(xiàn)，使風(fēng)力機(jī)的發(fā)展緩慢下來。70年代初期，由于“石油危機(jī)”，出現(xiàn)了能源緊張的問題，人們認(rèn)識到常規(guī)礦物能源供應(yīng)的不穩(wěn)定性和有限性，于是尋求清潔的可再生能源遂成為現(xiàn)代世界的一個(gè)重要課題。風(fēng)能作為可再生的、無污染的自然能源又重新引起了人們重視。

機(jī)械連接與功率傳遞水平軸風(fēng)機(jī)槳葉通過齒輪箱及其高速軸與萬能彈性聯(lián)軸節(jié)相連,將轉(zhuǎn)矩傳遞到發(fā)電機(jī)的傳動軸,此聯(lián)軸節(jié)應(yīng)按具有很好的吸收阻尼和震動的特性，表現(xiàn)為吸收適量的徑向、軸向和一定角度的偏移，并且聯(lián)軸器可阻止機(jī)械裝置的過載。另一種為直驅(qū)型風(fēng)機(jī)槳葉不通過齒輪箱直接與電機(jī)相連風(fēng)機(jī)電機(jī)類型

根據(jù)定槳矩失速型風(fēng)機(jī)和變速恒頻變槳矩風(fēng)機(jī)的特點(diǎn),國內(nèi)目前裝機(jī)的電機(jī)一般分為二類:異步型

（1）籠型異步發(fā)電機(jī)；功率為600/125kW750kW800kW1250\\180kW

定子向電網(wǎng)輸送不同功率的50Hz交流電;

（2）繞線式雙饋異步發(fā)電機(jī)；功率為1500kW

定子向電網(wǎng)輸送50Hz交流電，轉(zhuǎn)子由變頻器控制，向電網(wǎng)間接輸送有功或無功功率。

同步型

（1）永磁同步發(fā)電機(jī)；功率為750kW1200kW1500kW由永磁體產(chǎn)生磁場,定子輸出經(jīng)全功率整流逆變后向電網(wǎng)輸送50Hz交流電

（2）電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī);由外接到轉(zhuǎn)子上的直流電流產(chǎn)生磁場,定子輸出經(jīng)全功率整流逆變后向電網(wǎng)輸送50Hz交流電

根據(jù)葉片形式的不同，現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)分為以下兩類：水平軸

世界上目前利用最多的形式，功率最大5MW左右。

新型垂直軸

21世紀(jì)初由中國、日本、歐洲幾乎同時(shí)發(fā)明的一種新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，有別于最早的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)（達(dá)里厄型），效率高于水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，無噪音和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，維護(hù)簡單。已成為歐美市場中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的首選。世界上目前最大功率是由上海模斯電子設(shè)備有限公司（MUCE）生產(chǎn)的50千瓦垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，日本最大功率30千瓦，英美國家生產(chǎn)的功率在1千瓦到10千瓦之間。

最近，國內(nèi)外多家公司提出了建造超大型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的計(jì)劃（10MW），此項(xiàng)計(jì)劃得到落實(shí)后，由于成本遠(yuǎn)低于目前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，必將逐步取代水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，成為世界新能源的主力軍！

回答者：201*1937-三

級

201*-1-116:54

可惜這里只能貼文字，無法貼圖示。關(guān)于風(fēng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，文字性質(zhì)的描述和介紹轉(zhuǎn)貼如下。原帖地址是：-china.cn/node/56，那里可以查看到具體的結(jié)構(gòu)部件以及相關(guān)的資料。

資料來源：風(fēng)能@中國

風(fēng)能行業(yè)在中國是一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)，很多新的東西在中國并沒有標(biāo)準(zhǔn)化的稱呼。除此之外，還有很多零部件都在不斷的發(fā)展變化當(dāng)中，本文中所進(jìn)行的描述跟目前國內(nèi)的技術(shù)發(fā)展可能會有一定的出入。

除了本文的文字介紹之外，在資料中心還有些多媒體資料，可以看到風(fēng)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖。（點(diǎn)擊這里查看）

風(fēng)電機(jī)的基本原理和部件組成如下：

大部分小功率風(fēng)電機(jī)具有恒定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子葉片末的轉(zhuǎn)速為64米/秒，在軸心部分轉(zhuǎn)速為零。距軸心四分之一葉片長度處的轉(zhuǎn)速為16米/秒。但是，隨著海洋用大功率風(fēng)電機(jī)的研發(fā)并投入使用，風(fēng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不再恒定，葉片末的轉(zhuǎn)速也由于葉片的增長而加大。所以站長推薦對不同類型的風(fēng)電機(jī)單獨(dú)查看其技術(shù)數(shù)據(jù)。（請參考產(chǎn)品信息）風(fēng)電機(jī)結(jié)構(gòu)

機(jī)艙：機(jī)艙包容著風(fēng)電機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備，包括齒輪箱、發(fā)電機(jī)。維護(hù)人員可以通過風(fēng)電機(jī)塔進(jìn)入機(jī)艙。機(jī)艙前端是風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，即轉(zhuǎn)子葉片和軸。

轉(zhuǎn)子葉片：捉獲風(fēng)，并將風(fēng)力傳送到轉(zhuǎn)子軸心。在600千瓦級別的風(fēng)電機(jī)上，每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的測量長度大約為20米；而在5兆瓦級別的風(fēng)電機(jī)上，葉片長度可以達(dá)到近60米。葉片的設(shè)計(jì)很類似飛機(jī)的機(jī)翼，制造材料卻大不相同，多采用纖維而不是輕型合金。大部分轉(zhuǎn)子葉片用玻璃纖維強(qiáng)化塑料（GRP）制造。采用碳纖維或芳族聚酰胺作為強(qiáng)化材料是另外一種選擇，但這種葉片對大型風(fēng)電機(jī)是不經(jīng)濟(jì)的。木材、環(huán)氧木材、或環(huán)氧木纖維合成物目前還沒有在轉(zhuǎn)子葉片市場出現(xiàn)，盡管目前在這一領(lǐng)域已經(jīng)有了發(fā)展。鋼及鋁合金分別存在重量及金屬疲勞等問題，目前只用在小型風(fēng)電機(jī)上。。實(shí)際上，轉(zhuǎn)子葉片設(shè)計(jì)師通常將葉片最遠(yuǎn)端的部分的橫切面設(shè)計(jì)得類似于正統(tǒng)飛機(jī)的機(jī)翼。但是葉片內(nèi)端的厚輪廓，通常是專門為風(fēng)電機(jī)設(shè)計(jì)的。為轉(zhuǎn)子葉片選擇輪廓涉及很多折衷的方面，諸如可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)與延時(shí)特性。葉片的輪廓設(shè)計(jì)，即使在表面有污垢時(shí)，葉片也可以運(yùn)轉(zhuǎn)良好。

軸心：轉(zhuǎn)子軸心附著在風(fēng)電機(jī)的低速軸上。

低速軸：風(fēng)電機(jī)的低速軸將轉(zhuǎn)子軸心與變速齒輪箱連接在一起。在一般的風(fēng)電機(jī)上，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相當(dāng)慢，大約為19至30轉(zhuǎn)每分鐘。軸中有用于液壓系統(tǒng)的導(dǎo)管，來激發(fā)空氣動力閘的運(yùn)行。

齒輪箱：齒輪箱連接低速軸和高速軸的變速裝置，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(jī)械閘：高速軸以超過1500轉(zhuǎn)/分鐘運(yùn)轉(zhuǎn)，并驅(qū)動發(fā)電機(jī)。它裝備有緊急機(jī)械閘，用于空氣動力閘失效時(shí)，或風(fēng)電機(jī)被維修時(shí)。

發(fā)電機(jī)：風(fēng)電機(jī)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。風(fēng)電機(jī)上的發(fā)電機(jī)與普通電網(wǎng)上的發(fā)電設(shè)備相比，有所不同：風(fēng)電機(jī)發(fā)電機(jī)需要在波動的機(jī)械能條件下運(yùn)轉(zhuǎn)。通常使用的風(fēng)電機(jī)發(fā)電機(jī)是感應(yīng)電機(jī)或異步發(fā)電機(jī)，最新的風(fēng)電機(jī)已經(jīng)開始使用永磁同步發(fā)電機(jī)。目前世界上單機(jī)最大電力輸出超過6000千瓦（德國enercon的E-112/114）。

偏航裝置：借助電動機(jī)轉(zhuǎn)動機(jī)艙，以使轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整風(fēng)向的最佳切入角度。偏航裝置由電子控制器操作，電子控制器可以通過風(fēng)向標(biāo)來探知風(fēng)向。通常，在風(fēng)改變其方向時(shí)，風(fēng)電機(jī)一次只會偏轉(zhuǎn)幾度。值得注意的是，小功率級別的風(fēng)電機(jī)都是通過統(tǒng)一的偏航裝置調(diào)整所有葉片的角度，而最新的風(fēng)電機(jī)大都是每個(gè)葉片設(shè)置單獨(dú)的偏航系統(tǒng)。

電子控制器：一般都使用一臺或多臺不斷監(jiān)控風(fēng)電機(jī)狀態(tài)的計(jì)算機(jī)，用于控制偏航裝置。一旦風(fēng)電機(jī)發(fā)生故障（即齒輪箱或發(fā)電機(jī)的過熱），該控制器可以自動停止風(fēng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動，并通過網(wǎng)絡(luò)信號通知風(fēng)電機(jī)管理中心。

液壓系統(tǒng)：用于重置風(fēng)電機(jī)的空氣動力閘。

冷卻系統(tǒng)：發(fā)電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)需要冷卻。在大部分風(fēng)電機(jī)上，發(fā)電機(jī)被放置在管內(nèi)，并使用大型風(fēng)扇來空冷，除此之外還需要一個(gè)油冷卻元件，用于冷卻齒輪箱內(nèi)的油；還有一部分制造商采用水冷。水冷發(fā)電機(jī)更加小巧，而且電效高，但這種方式需要在機(jī)艙內(nèi)設(shè)置散熱器，來消除液體冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量。。一些新型風(fēng)電機(jī)也采用水冷和風(fēng)冷并用系統(tǒng)（比如德國Multibrid的M5000）。

支撐塔：風(fēng)電機(jī)塔載有機(jī)艙及轉(zhuǎn)子。通常高的塔具有優(yōu)勢，因?yàn)殡x地面越高，風(fēng)速越大。600千瓦風(fēng)電機(jī)的塔高為40至60米，5兆瓦級別的塔高則超過100米。根據(jù)底座的不同，支撐塔可以為管狀，也可以是格子狀。管狀的塔對于維修人員更為安全，因?yàn)樗麄兛梢酝ㄟ^內(nèi)部的梯子到達(dá)塔頂。格狀的塔的優(yōu)點(diǎn)在于它重量輕，技術(shù)相對成熟（與海上石油鉆井臺原理相同）。

底座：早期小功率的風(fēng)電機(jī)底座是包含在支撐塔內(nèi)的，隨著風(fēng)電機(jī)單機(jī)功率越來越大，支撐塔也越來越高，對支撐塔底部的力學(xué)要求也越來越多，越來越復(fù)雜，所以目前的技術(shù)發(fā)展趨勢是將底座從支撐塔中分離出來單獨(dú)制造。目前現(xiàn)有的底座結(jié)構(gòu)包括直桿式、三腳架和格狀底座

風(fēng)速計(jì)及風(fēng)向標(biāo)：用于測量風(fēng)速及風(fēng)向。

輸出電壓

小型風(fēng)電機(jī)（100-150千瓦）通常產(chǎn)生690伏特的三相交流電。然后電流通過風(fēng)電機(jī)旁的變壓器（或在塔內(nèi)），電壓被提高至一萬至三萬伏，這取決于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。大的制造商可以提供50赫茲風(fēng)電機(jī)類型（用于世界大部分的電網(wǎng)），或60赫茲類型（用于美國電網(wǎng)）。

發(fā)電機(jī)電網(wǎng)的設(shè)計(jì)

風(fēng)電機(jī)可以使用同步或異步發(fā)電機(jī)，并直接或非直接地將發(fā)電機(jī)連接在電網(wǎng)上。直接電網(wǎng)連接指的是將發(fā)電機(jī)直接連接在交流電網(wǎng)上。非直接電網(wǎng)連接指的是，風(fēng)電機(jī)的電流通過一系列電力設(shè)備，經(jīng)調(diào)節(jié)與電網(wǎng)匹配。采用異步發(fā)電機(jī)，這個(gè)調(diào)節(jié)過程自動完成。

除了上述零部件之外，現(xiàn)代最新的風(fēng)電機(jī)都帶有十分復(fù)雜的控制系統(tǒng)，拆裝維護(hù)都需要專門的公司來進(jìn)行。本站產(chǎn)品信息內(nèi)會逐漸的完善風(fēng)電機(jī)生產(chǎn)商和維護(hù)維修公司的信息。如果您沒有找到您所需要的信息，請您聯(lián)系站長，我們會盡快幫您整理好您所需要的資料

關(guān)于風(fēng)電機(jī)設(shè)計(jì)的一些問題：

為什么轉(zhuǎn)子葉片呈螺旋狀？

大型風(fēng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片通常呈螺旋狀。從轉(zhuǎn)子葉片看過去，并向葉片的根部移動，直至到轉(zhuǎn)子中心，你會發(fā)現(xiàn)風(fēng)從很陡的角度進(jìn)入（比地面的通常風(fēng)向陡得多）。如果葉片從特別陡的角度受到撞擊，轉(zhuǎn)子葉片將停止運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，轉(zhuǎn)子葉片需要被設(shè)計(jì)成螺旋狀，以保證葉片后面的刀口，沿地面上的風(fēng)向被推離。

為什么要使用齒輪箱？為什么我們不能通過主軸直接驅(qū)動發(fā)電機(jī)？

風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的能量，通過主軸、齒輪箱及高速軸傳送到發(fā)電機(jī)。使用齒輪箱，可以將風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的較低轉(zhuǎn)速、較高轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)換為用于發(fā)電機(jī)上的較高轉(zhuǎn)速、較低轉(zhuǎn)矩（更低的轉(zhuǎn)矩，更高的速度）。風(fēng)電機(jī)上的齒輪箱，通常在轉(zhuǎn)子及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速之間具有單一的齒輪比。對于600千瓦或750千瓦機(jī)器，齒輪比大約為1比50。如果我們使用普通發(fā)電機(jī)，并使用兩個(gè)、四個(gè)或六個(gè)電極直接連接在50赫茲交流三相電網(wǎng)上，我們將不得不使用轉(zhuǎn)速為1000至3000轉(zhuǎn)每分鐘的風(fēng)電機(jī)。對于43米轉(zhuǎn)子直徑的風(fēng)電機(jī)，這意味著轉(zhuǎn)子末端的速度比聲速的兩倍還要高。另外一種可能性是建造一個(gè)帶許多電極的交流發(fā)電機(jī)。但如果你要將發(fā)電機(jī)直接連在電網(wǎng)上，你需要使用200個(gè)電極的發(fā)電機(jī)，來獲得30轉(zhuǎn)每分鐘的轉(zhuǎn)速。另外一個(gè)問題是，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量需要與轉(zhuǎn)矩大小成比例。因此直接驅(qū)動的發(fā)電機(jī)會非常重。偏航裝置系統(tǒng)是怎么運(yùn)行的？

偏航裝置大體上可以分成三部分：

偏航誤差

當(dāng)轉(zhuǎn)子不垂直于風(fēng)向時(shí)，風(fēng)電機(jī)存在偏航誤差。偏航誤差意味著，風(fēng)中的能量只有很少一部分可以在轉(zhuǎn)子區(qū)域流動。如果只發(fā)生這種情況，偏航控制將是控制向風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)子電力輸入的極佳方式。但是，轉(zhuǎn)子靠近風(fēng)源的部分受到的力比其它部分要大。一方面，這意味著轉(zhuǎn)子傾向于自動對著風(fēng)偏轉(zhuǎn)，逆風(fēng)或順風(fēng)的汽輪機(jī)都存在這種情況。另一方面，這意味著葉片在轉(zhuǎn)子每一次轉(zhuǎn)動時(shí)，都會沿著受力方向前后彎曲。存在偏航誤差的風(fēng)電機(jī)，與沿垂直于風(fēng)向偏航的風(fēng)電機(jī)相比，將承受更大的疲勞負(fù)載。

偏航機(jī)構(gòu)

幾乎所有水平軸的風(fēng)電機(jī)都會強(qiáng)迫偏航。即，使用一個(gè)帶有電動機(jī)及齒輪箱的機(jī)構(gòu)來保持風(fēng)電機(jī)對著風(fēng)偏轉(zhuǎn)。750千瓦風(fēng)電機(jī)上的偏航機(jī)構(gòu)上可以看到環(huán)繞外沿的偏航軸承，及內(nèi)部偏航馬達(dá)及偏航閘的輪子。幾乎所有逆風(fēng)設(shè)備的制造商都喜歡在不需要的情況下，停止偏航機(jī)構(gòu)。偏航機(jī)構(gòu)由電子控制器來激發(fā)。

電纜扭曲計(jì)數(shù)器

電纜用來將電流從風(fēng)電機(jī)運(yùn)載到塔下。但是當(dāng)風(fēng)電機(jī)偶然沿一個(gè)方向偏轉(zhuǎn)太長時(shí)間時(shí)，電纜將越來越扭曲。因此風(fēng)電機(jī)配備有電纜扭曲計(jì)數(shù)器，用于提醒操作員應(yīng)該將電纜解開了。類似于所有風(fēng)電機(jī)上的安全機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)具有冗余。風(fēng)電機(jī)還會配備有拉動開關(guān)，在電纜扭曲太厲害時(shí)被激發(fā)。

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風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理

風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理簡單的說是：風(fēng)的動能（即空氣的動能）轉(zhuǎn)化成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的動能，轉(zhuǎn)子的動能又轉(zhuǎn)化成電能。風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理是利用風(fēng)能可再生能源的部分。由1995年到201*年之間的年增長率為28.5％。根據(jù)德

風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理簡單的說是：風(fēng)的動能（即空氣的動能）轉(zhuǎn)化成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的動能，轉(zhuǎn)

子的動能又轉(zhuǎn)化成電能。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理是利用風(fēng)能可再生能源的部分。由1995年到201*年

之間的年增長率為28.5％。根據(jù)德國風(fēng)能會（DEWI）的估計(jì)，風(fēng)能發(fā)電的年增長率將保持高增長率，在201*年或之前全球風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量可能達(dá)到150千兆瓦。發(fā)電風(fēng)力發(fā)電機(jī)最初出現(xiàn)在十九世紀(jì)末。自二十世紀(jì)八十年代起，這項(xiàng)技術(shù)不斷發(fā)展并日漸成熟，適合工業(yè)應(yīng)用。近二三十年，典型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪直徑不斷增大，而額定功率也不斷提升。在二十一世紀(jì)00年代初，風(fēng)力發(fā)電機(jī)最具經(jīng)濟(jì)效益的額定輸出功率范圍在600千瓦至750千瓦之間，而風(fēng)輪直徑則在40米至47米之間。當(dāng)時(shí)所有制造商都有生產(chǎn)這類風(fēng)力發(fā)電機(jī)。新一代的兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)是以這類機(jī)種作為基礎(chǔ)發(fā)展出來的。

二零零七年初，有一些制造商開始生產(chǎn)額定功率為幾兆瓦而風(fēng)輪直徑達(dá)到約90米的風(fēng)力發(fā)電機(jī)（例如VestasV903.0兆瓦風(fēng)電機(jī)，NordexN902.5兆瓦風(fēng)電機(jī)等等），甚至有些直徑達(dá)100米(如GE3.6兆瓦風(fēng)電機(jī))。這些大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要市場是歐洲。在歐洲，適合風(fēng)電的地段日漸減少，因此有逼切性安裝發(fā)電能力盡量高的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

另一類更大型的為海上應(yīng)用而設(shè)計(jì)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，已經(jīng)完成設(shè)計(jì)并制成原型機(jī)。例如REPower公司設(shè)計(jì)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪直徑達(dá)126米，功率達(dá)5兆瓦。1)風(fēng)的功率

風(fēng)的能量指的是風(fēng)的動能。特定質(zhì)量的空氣的動能可以用下列公式計(jì)算。

能量=1/2X質(zhì)量X(速度)^2

吹過特定面積的風(fēng)的的功率可以用下列公式計(jì)算。功率=1/2X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�？諝饷芏入S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(fēng)的功率與速度的三次方〔立方〕成正比，并與風(fēng)輪掃掠面積成正比。不過實(shí)際上，風(fēng)輪只能提取風(fēng)的能量中的一部分，而非全部。2)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理

現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用空氣動力學(xué)原理，就像飛機(jī)的機(jī)翼一樣。風(fēng)并非"推"動風(fēng)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(fēng)輪旋轉(zhuǎn)并不斷橫切風(fēng)流。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪并不能提取風(fēng)的所有功率。根據(jù)Betz定律，理論上風(fēng)電機(jī)能夠提取的最大功率，是風(fēng)的功率的59.6%。大多數(shù)風(fēng)電機(jī)只能提取風(fēng)的功率的40%或者更少。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要包含三部分∶風(fēng)輪、機(jī)艙和塔桿。大型與電網(wǎng)接駁的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最常見的結(jié)構(gòu)，是橫軸式三葉片風(fēng)輪，并安裝在直立管狀塔桿上。

(上圖來源：DanishWindIndustryAssociation)

風(fēng)輪葉片由復(fù)合材料制造。不像小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，大型風(fēng)電機(jī)的風(fēng)輪轉(zhuǎn)動相當(dāng)慢。比較簡單的風(fēng)力發(fā)電機(jī)是采用固定速度的。通常采用兩個(gè)不同的速度-在弱風(fēng)下用低速和在強(qiáng)風(fēng)下用高速。這些定速風(fēng)電機(jī)的感應(yīng)式異步發(fā)電機(jī)能夠直接發(fā)產(chǎn)生電網(wǎng)頻率的交流電。

比較新型的設(shè)計(jì)一般是可變速的（比如Vestas公司的V52-850千瓦風(fēng)電機(jī)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(fēng)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(fēng)情況下噪音更低。因此，變速的風(fēng)電機(jī)設(shè)計(jì)比起定速風(fēng)電機(jī)，越來越受歡迎。

機(jī)艙上安裝的感測器探測風(fēng)向，透過轉(zhuǎn)向機(jī)械裝置令機(jī)艙和風(fēng)輪自動轉(zhuǎn)向，面向來風(fēng)。

風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過齒輪變速箱傳送到機(jī)艙內(nèi)的發(fā)電機(jī)（如果沒有齒輪變速箱則直接傳送到發(fā)電機(jī)）。在風(fēng)電工業(yè)中，配有變速箱的風(fēng)力發(fā)電機(jī)是很普遍的。不過，為風(fēng)電機(jī)而設(shè)計(jì)的多極直接驅(qū)動式發(fā)電機(jī)，也有顯著的發(fā)展。

設(shè)於塔底的變壓器（或者有些設(shè)於機(jī)艙內(nèi)）可提升發(fā)電機(jī)的電壓到配電網(wǎng)電壓（香港的情況為11千伏）。

所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率輸出是隨著風(fēng)力而變的。強(qiáng)風(fēng)下最常見的兩種限制功率輸出的方法（從而限制風(fēng)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(fēng)電機(jī)，超過額定風(fēng)速的強(qiáng)風(fēng)會導(dǎo)致通過業(yè)片的氣流產(chǎn)生擾流，令風(fēng)輪失速。當(dāng)風(fēng)力過強(qiáng)時(shí)，業(yè)片尾部制動裝置會動作，令風(fēng)輪車。使用斜角調(diào)節(jié)的風(fēng)電機(jī)，每片葉片能夠以縱向?yàn)檩S而旋轉(zhuǎn)，葉片角度隨著風(fēng)速不同而轉(zhuǎn)變，從而改變風(fēng)輪的空氣動力性能。當(dāng)風(fēng)力過強(qiáng)時(shí)，葉片轉(zhuǎn)動至迎氣邊緣面向來風(fēng)，從而令風(fēng)輪車。

葉片中嵌入了避雷條，當(dāng)葉片遭到雷擊時(shí)，可將閃電中的電流引導(dǎo)到地下去。

上圖：VestasV52-850千瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)艙內(nèi)的組成部份(來源：Vestas)

3)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率曲線

在風(fēng)速很低的時(shí)候，風(fēng)電機(jī)風(fēng)輪會保持不動。當(dāng)?shù)竭_(dá)切入風(fēng)速時(shí)（通常每秒3到4米），風(fēng)輪開始旋轉(zhuǎn)并牽引發(fā)電機(jī)開始發(fā)電。隨著風(fēng)力越來越強(qiáng)，輸出功率會增加。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到額定風(fēng)速時(shí)，風(fēng)電機(jī)會輸出其額定功率。之後輸出功率會保留大致不變。當(dāng)風(fēng)速進(jìn)一步增加，達(dá)到切出風(fēng)速的時(shí)候，風(fēng)電機(jī)會車，不再輸出功率，為免受損。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的性能可以用功率曲線來表達(dá)。功率曲線是用作顯示在不同風(fēng)速下（切入風(fēng)速到切出風(fēng)速）風(fēng)電機(jī)的輸出功率。

上圖：V52-850千瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)於不同噪音級別下的工作曲線(噪音級別可透過改變風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速而改變)(來源：Vestas)

為特定地點(diǎn)選取合適的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，一般方法是采用風(fēng)電機(jī)的功率曲線和該地點(diǎn)的風(fēng)力資料以進(jìn)行產(chǎn)電量估算。。（在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)-資源潛力部分有更多相關(guān)資訊）4)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定輸出功率

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定輸出功率是配合特定的額定風(fēng)速設(shè)而定的。由於能量與風(fēng)速的立方成正比，因此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率會隨風(fēng)速變化會很大。

同樣構(gòu)造和風(fēng)輪直徑的風(fēng)電機(jī)可以配以不同大小的發(fā)電機(jī)。因此兩座同樣構(gòu)造和風(fēng)輪直徑的風(fēng)電機(jī)可能有相當(dāng)不同的額定輸出功率值，這取決於它的設(shè)計(jì)是配合強(qiáng)風(fēng)地帶（配較大型發(fā)電機(jī)）或弱風(fēng)地帶（配較小型發(fā)電機(jī)）。5)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要種類

橫軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)

根據(jù)葉片固定軸的方位，風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以分為橫軸和豎軸兩類。橫軸式風(fēng)電機(jī)工作時(shí)轉(zhuǎn)軸方向與風(fēng)向一致，豎軸式風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸方向與風(fēng)向成直角。

橫軸式風(fēng)電機(jī)通常需要不停地變向以保持與風(fēng)向一致。而豎軸式風(fēng)電機(jī)則不必如此，因?yàn)樗�可以收集不同來向的風(fēng)能。橫軸式風(fēng)電機(jī)在世界上占主流位置。

逆風(fēng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和順風(fēng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)

逆風(fēng)風(fēng)電機(jī)是一種風(fēng)輪面向來風(fēng)的橫軸式風(fēng)電機(jī)。而對於順風(fēng)風(fēng)電機(jī)，來風(fēng)是從風(fēng)輪的背後吹來。大多數(shù)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)是逆風(fēng)式的。

單葉片、雙葉片和三葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)

葉片的數(shù)目由很多因素決定，其中包括空氣動力效率、復(fù)雜度、成本、噪音、美學(xué)要求等等。大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)可由1、2或者3片葉片構(gòu)成。

葉片較少的風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常需要更高的轉(zhuǎn)速以提取風(fēng)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(fēng)電機(jī)是主流。從美學(xué)角度上看，3葉片的風(fēng)電機(jī)看上去較為平衡和美觀。6)岸上風(fēng)電場

岸上風(fēng)電系統(tǒng)可以是僅有一臺風(fēng)電機(jī)，或者由多臺風(fēng)電機(jī)器線性排列或方陣排列形成風(fēng)電場。

風(fēng)電場的風(fēng)力發(fā)電機(jī)相互之間需要有足夠的距離，以免造成過強(qiáng)的湍流相互影響，或由於"尾流效應(yīng)"而嚴(yán)重減低後排風(fēng)電機(jī)的功率輸出。

為了配合運(yùn)送大型設(shè)備（特別是葉片）到安裝現(xiàn)場，須要建設(shè)道路。另外亦須要建設(shè)輸電線，把風(fēng)電場的輸出連接到電網(wǎng)接入點(diǎn)。

7)世界各地的風(fēng)力發(fā)電裝置

到201*年底，世界總風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)58千兆瓦。德國、西班牙、美國、印度和丹麥?zhǔn)且燥L(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量來算前幾名的國家。在丹麥，風(fēng)能發(fā)電提供該國總用電量的20％。香港第一臺大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)是由香港電燈集團(tuán)於201*年末安裝在南丫島上，并於201*年二月正式啟用。該機(jī)額定輸出功率為800千瓦。以上詳細(xì)的介紹了風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理及相關(guān)風(fēng)力發(fā)電機(jī)知識，如果想了解更多關(guān)于風(fēng)力發(fā)電原理知識，請關(guān)注風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)其它內(nèi)容。

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