风力发电机工作原理

实用文档 风力发电机工作原理 2008/05/08 21:42:09 来源：中国风力发电网 我要投稿 风力发电机工作原理简单的说是： 风的动能（即空气的动能）转化成发电机转子 的动能，转子的动能又转化成电能。 风力发电机工作原理是利用风能可再生能源的部 分。由 1995 年到 2005 年之间的年增长率为 28.5％。根据德 风力发电机工作原理风力发电机工作原理简单的说是：风的动能（即空气的动能）转化成发电机转子的动 能，转子的动能又转化成电能。 风力发电机工作原理风力发电机工作原理是利用风 能 可 再 生 能 源的 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 。 发 电 风 力 发 电 机 最 初 出 现 在 十 九 世 纪 末 。 自 二 十 世 纪 八 十 年 代 起 ，这 项 技 术 不 断 发 展 并 日 渐 成 熟 ，适 合 工 业 应 用 。近 二 三 十 年 ， 典 型 的 风 力 发 电 机 的 风 轮 直 径 不 断 增 大 ， 而 额 定 功 率 也 不 断 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 米 之 间 。 当 时 所 有 制 造 商 都 有 生 产 这 类 风 力 发 电 机 。 新 一 代 的 兆 瓦 级 风 力 发 电 机 是 以 这 类 机 种 作 为 基 础 发 展 出 来 的 。 实用文档 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 Vestas V90 3.0 兆 瓦 风 电 机 ， Nordex N90 2.5 兆 瓦 风 电 机 等 等 ） ， 甚 至 有 些 直 径 达 100 米 ( 如 GE 3.6 兆 瓦 风 电 机 ) 。 这 些 大 型 风 力 发 电 机 主 要 市 场 是 欧 洲 。在 欧 洲 ，适 合 风 电 的 地 段 日 渐 减 少 ，因 此 有 逼 切 性 安 装 发 电 能 力 尽 量 高 的 风 力 发 电 机 。 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 RE Power 公 司 设 计 的 风 力 发 电 机 风 轮 直 径 达 126 米 ， 功 率 达 5 兆 瓦 。 1)1) 风风 的的 功功 率率 风 的 能 量 指 的 是 风 的 动 能 。 特 定 质 量 的 空 气 的 动 能 可 以 用 下 列 公 式 计 算 。 实用文档 能 量 = 1/2 X 质 量 X ( 速 度 )^2 吹 过 特 定 面 积 的 风 的 的 功 率 可 以 用 下 列 公 式 计 算 。 功 率 = 1/2 X 空 气 密 度 X 面 积 X ( 速 度 )^3 其 中 ， 功 率 单 位 为 瓦 特 ； 空 气 密 度 单 位 为 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 空 气 密 度 为 1.225 千 克 / 立 方 米 。 空 气 密 度 随 气 压 和 温 度 而 变 。 随 著 高 度 的 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)2) 风风 力力 发发 电电 机机 的的 工工 作作 原原 理理 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 。 实用文档 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 电 网 接 驳 的 风 力 发 电 机 的 最 常 见 的 结构 ， 是 横 轴 式 三 叶 片 风 轮 ， 并 安 装 在 直 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 下 用 高 速 。 这 些 定 速 风 电 机 的 感 应 式 异 步 发 电 机 能 够 直 接 发 产 生 电 网 频 率 的 交 流 电 。 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 实用文档 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 能 量 ，而 且 在 弱 风 情 况 下 噪 音 更 低 。因 此 ，变 速 的 风 电 机 设 计 比 起 定 速 风 电 机 ， 越 来 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