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許多世紀以來,風力發(fā)電機同水力機械一樣,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。近代機電動力的廣泛應(yīng)用以及二十世紀50年代中東油田的發(fā)現(xiàn),使風力機的發(fā)展緩慢下來。

70年代初期,由于"石油危機",出現(xiàn)了能源緊張的問題,人們認識到常規(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)代世界的一個重要課題。風能作為可再生的、無污染的自然能源又重新引起了人們重視。

是將風能轉(zhuǎn)換為機械功的動力機械,又稱風車。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。風力發(fā)電利用的是自然能源。相對柴油發(fā)電要好的多。但是若應(yīng)急來用的話,還是不如柴油發(fā)電機。風力發(fā)電不可視為備用電源,但是卻可以長期利用。

風力發(fā)電的原理,是利用風力帶動風車葉片旋轉(zhuǎn),再通過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升,來促使發(fā)電機發(fā)電。依據(jù)目前的風車技術(shù),大約是每秒三公尺的微風速度(微風的程度),便可以開始發(fā)電。

風力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮,因為風力發(fā)電沒有燃料問題,也不會產(chǎn)生輻射或空氣污染。

風力發(fā)電在芬蘭、丹麥等國家很流行;我國也在西部地區(qū)大力提倡。小型風力發(fā)電系統(tǒng)效率很高,但它不是只由一個發(fā)電機頭組成的,而是一個有一定科技含量的小系統(tǒng):風力發(fā)電機+充電器+數(shù)字逆變器。風力發(fā)電機由機頭、轉(zhuǎn)體、尾翼、葉片組成。每一部分都很重要,各部分功能為:葉片用來接受風力并通過機頭轉(zhuǎn)為電能;尾翼使葉片始終對著來風的方向從而獲得最大的風能;轉(zhuǎn)體能使機頭靈活地轉(zhuǎn)動以實現(xiàn)尾翼調(diào)整方向的功能;機頭的轉(zhuǎn)子是永磁體,定子繞組切割磁力線產(chǎn)生電能。

風力發(fā)電機因風量不穩(wěn)定,故其輸出的是13~25V變化的交流電,須經(jīng)充電器整流,再對蓄電瓶充電,使風力發(fā)電機產(chǎn)生的電能變成化學(xué)能。然后用有保護電路的逆變電源,把電瓶里的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成交流220V市電,才能保證穩(wěn)定使用。

機械連接與功率傳遞水平軸風機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)軸器可阻止機械裝置的過載。另一種為直驅(qū)型風機槳葉不通過齒輪箱直接與電機相連風機電機類型。

機艙:機艙包容著風力發(fā)電機的關(guān)鍵設(shè)備,包括齒輪箱、發(fā)電機。維護人員可以通過風力發(fā)電機塔進入機艙。機艙左端是風力發(fā)電機轉(zhuǎn)子,即轉(zhuǎn)子葉片及軸。

轉(zhuǎn)子葉片:捉獲風,并將風力傳送到轉(zhuǎn)子軸心�，F(xiàn)代600千瓦風力發(fā)電機上,每個轉(zhuǎn)子葉片的測量長度大約為20米,而且被設(shè)計得很象飛機的機翼。

軸心:轉(zhuǎn)子軸心附著在風力發(fā)電機的低速軸上。

低速軸:風力發(fā)電機的低速軸將轉(zhuǎn)子軸心與齒輪箱連接在一起。在現(xiàn)代600千瓦風力發(fā)電機上,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相當慢,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)空氣動力閘的運行。

齒輪箱:齒輪箱左邊是低速軸,它可以將高速軸的轉(zhuǎn)速提高至低速軸的50倍。

高速軸及其機械閘:高速軸以1500轉(zhuǎn)每分鐘運轉(zhuǎn),并驅(qū)動發(fā)電機。它裝備有緊急機械閘,用于空氣動力閘失效時,或風力發(fā)電機被維修時。

發(fā)電機:通常被稱為感應(yīng)電機或異步發(fā)電機。在現(xiàn)代風力發(fā)電機上,最大電力輸出通常為500至1500千瓦。

偏航裝置:借助電動機轉(zhuǎn)動機艙,以使轉(zhuǎn)子正對著風。偏航裝置由電子控制器操作,電子控制器可以通過風向標來感覺風向。圖中顯示了風力發(fā)電機偏航。通常,在風改變其方向時,風力發(fā)電機一次只會偏轉(zhuǎn)幾度。

電子控制器:包含一臺不斷監(jiān)控風力發(fā)電機狀態(tài)的計算機,并控制偏航裝置。為防止任何故障(即齒輪箱或發(fā)電機的過熱),該控制器可以自動停止風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)動,并通過電話調(diào)制解調(diào)器來呼叫風力發(fā)電機操作員。

液壓系統(tǒng):用于重置風力發(fā)電機的空氣動力閘。

冷卻元件:包含一個風扇,用于冷卻發(fā)電機。此外,它包含一個油冷卻元件,用于冷卻齒輪箱內(nèi)的油。一些風力發(fā)電機具有水冷發(fā)電機。

塔:風力發(fā)電機塔載有機艙及轉(zhuǎn)子。通常高的塔具有優(yōu)勢,因為離地面越高,風速越大�，F(xiàn)代600千瓦風汽輪機的塔高為40至60米。它可以為管狀的塔,也可以是格子狀的塔。管狀的塔對于維修人員更為安全,因為他們可以通過內(nèi)部的梯子到達塔頂。格狀的塔的優(yōu)點在于它比較便宜。

風速計及風向標:用于測量風速及風向

尾舵:常見于水平軸上風向的小型風力發(fā)電機(一般在10KW及以下)。位于回轉(zhuǎn)體后方,與回轉(zhuǎn)體相連。主要作用一為調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)向,使風機正對風向。作用二是在大風風況的情況下使風力機機頭偏離風向,以達到降低轉(zhuǎn)速,保護風機的作用。

根據(jù)定槳矩失速型風機和變速恒頻變槳矩風機的特點,國內(nèi)目前裝機的電機一般分為二類:

一、異步型

1、籠型異步發(fā)電機;功率為600/125kW 750kW 800kW 12500kW

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;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。

二、同步型

(1、永磁同步發(fā)電機;功率為750kW 1200kW 1500kW 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、電勵磁同步發(fā)電機;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)有風力發(fā)電機分為以下兩類:

三、水平軸

世界上目前利用最多的形式,功率最大5MW左右。

四、垂直軸

21世紀初由中國、日本、歐洲幾乎同時發(fā)明的一種新型風力發(fā)電機,有別于最早的垂直軸風力發(fā)電機(達里厄型),效率高于水平軸風力發(fā)電機,無噪音和轉(zhuǎn)向機構(gòu),維護簡單。已成為歐美市場中小型風力發(fā)電機的首選。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50千瓦垂直軸風力發(fā)電機,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力發(fā)電機的計劃(10MW),此項計劃得到落實后,由于成本遠低于目前的風力發(fā)電機,必將逐步取代水平軸風力發(fā)電機,成為世界新能源的主力軍!

2007年,全球風力發(fā)電的累計裝機容量已達9.41萬兆瓦,比上一年的7.42萬兆瓦增加27%。2007年,中國風電裝機為605萬千瓦,提前3年實現(xiàn)2010年的規(guī)劃目標;2001年到2007年的6年間,中國風電裝機增長了14倍;僅2007年一年,中國風電裝機就增加344.9萬千瓦,比中國風電有史以來的累積總量還多。隨著風電產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,風電設(shè)備供不應(yīng)求。

2006年,中國共有風電機組6469臺,其中兆瓦級機組占21.2%,2007年,這個比例躍升為38.1%,提高了16.9個百分點。

近年來,新興市場的風電發(fā)展迅速。在國家政策支持和能源供應(yīng)緊張的背景下,中國的風電特別是風電設(shè)備制造業(yè)也迅速崛起,已經(jīng)成為全球風電最為活躍的場所。2006年全球風電資金中9%投向了中國,總額達16.2億歐元(約162.7億元人民幣)。2007年,中國風電裝機容量已排名世界第五。

中國巨大的風電市場以及廉價的勞動力成本,吸引了大量國外風電巨頭紛紛在中國設(shè)廠,或采取與國內(nèi)企業(yè)合資的方式,生產(chǎn)的產(chǎn)品都被貼上了中國制造的標簽。中國制造的風電設(shè)備產(chǎn)品占據(jù)越來越大的市場份額,風機產(chǎn)品正在經(jīng)歷一個由全球制造向中國制造的轉(zhuǎn)變。

通常人們認為,風力發(fā)電的功率完全由風力發(fā)電機的功率決定,總想選購大一點的風力發(fā)電機,而這是不正確的。目前的風力發(fā)電機只是給電瓶充電,而由電瓶把電能貯存起來,人們最終使用電功率的大小與電瓶大小有更密切的關(guān)系。功率的大小更主要取決于風量的大小,而不僅是機頭功率的大小。在內(nèi)地,小的風力發(fā)電機會比大的更合適。因為它更容易被小風量帶動而發(fā)電,持續(xù)不斷的小風,會比一時狂風更能供給較大的能量。當無風時人們還可以正常使用風力帶來的電能,也就是說一臺200W風力發(fā)電機也可以通過大電瓶與逆變器的配合使用,獲得500W甚至1000W乃至更大的功率出。

使用風力發(fā)電機,就是源源不斷地把風能變成我們家庭使用的標準市電,其節(jié)約的程度是明顯的,一個家庭一年的用電只需20元電瓶液的代價。而現(xiàn)在的風力發(fā)電機比幾年前的性能有很大改進,以前只是在少數(shù)邊遠地區(qū)使用,風力發(fā)電機接一個15W的燈泡直接用電,一明一暗并會經(jīng)常損壞燈泡。而現(xiàn)在由于技術(shù)進步,采用先進的充電器、逆變器,風力發(fā)電成為有一定科技含量的小系統(tǒng),并能在一定條件下代替正常的市電。山區(qū)可以借此系統(tǒng)做一個常年不花錢的路燈;高速公路可用它做夜晚的路標燈;山區(qū)的孩子可以在日光燈下晚自習;城市小高層樓頂也可用風力電機,這不但節(jié)約而且是真正綠色電源。家庭用風力發(fā)電機,不但可以防止停電,而且還能增加生活情趣。在旅游景區(qū)、邊防、學(xué)校、部隊乃至落后的山區(qū),風力發(fā)電機正在成為人們的采購熱點。無線電愛好者可用自己的技術(shù)在風力發(fā)電方面為山區(qū)人民服務(wù),使人們看電視及照明用電與城市同步,也能使自己勞動致富。

2009年5月,國家投資3萬億資金支持新能源,特別是風力發(fā)電行業(yè)。國家大力支持風電的發(fā)展!