風(fēng)能發(fā)電技術(shù)

1、風(fēng)能發(fā)電技術(shù)一、風(fēng)力發(fā)電簡(jiǎn)介風(fēng)是一種潛力很大的新能源，人們也許還記得，十八世紀(jì)初，橫掃英法兩國(guó) 的一次狂暴大風(fēng)，吹毀了四百座風(fēng)力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多條 帆船，并有數(shù)千人受到傷害，二十五萬株大樹連根拔起。僅就拔樹一事而論，風(fēng) 在數(shù)秒鐘內(nèi)就發(fā)出了一千萬馬力（即750萬千瓦；一馬力等于0. 75千瓦）的功率！ 有人估計(jì)過，地球上可用來發(fā)電的風(fēng)力資源約有100億千瓦，幾乎是現(xiàn)在全世界 水力發(fā)電量的10倍。目前全世界每年燃燒煤所獲得的能量，只有風(fēng)力在一年內(nèi) 所提供能量的三分之一。因此，國(guó)內(nèi)外都很重視利用風(fēng)力來發(fā)電，開發(fā)新能源。利用風(fēng)力發(fā)電的嘗試，早在本世紀(jì)初就已經(jīng)開始了。三十年代，丹麥、

2、瑞典、 蘇聯(lián)和美國(guó)應(yīng)用航空工業(yè)的旋翼技術(shù)，成功地研制了一些小型風(fēng)力發(fā)電裝置。這 種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，廣泛在多風(fēng)的海島和偏僻的鄉(xiāng)村使用，它所獲得的電力成 本比小型內(nèi)燃機(jī)的發(fā)電成本低得多。不過，當(dāng)時(shí)的發(fā)電量較低，大都在5千瓦以 下。目前，據(jù)了解，國(guó)外已生產(chǎn)出15, 40，45, 100，225千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)了。 1978年1月，美國(guó)在新墨西哥州的克萊頓鎮(zhèn)建成的200千瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其葉 片直徑為38米，發(fā)電量足夠60戶居民用電。而1978年初夏，在丹麥日德蘭半 島西海岸投入運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電裝置，其發(fā)電量則達(dá)2000千瓦，風(fēng)車高57米，所 發(fā)電量的75送入電網(wǎng)，其余供給附近的一所學(xué)校用。1979年上半

3、年，美國(guó)在北卡羅來納州的藍(lán)嶺山，又建成了一座世界上最大 的發(fā)電用的風(fēng)車。這個(gè)風(fēng)車有十層樓高，風(fēng)車鋼葉片的直徑60米；葉片安裝在 一個(gè)塔型建筑物上，因此風(fēng)車可自由轉(zhuǎn)動(dòng)并從任何一個(gè)方向獲得電力；風(fēng)力時(shí)速 在38公里以上時(shí)，發(fā)電能力也可達(dá)2000千瓦。由于這個(gè)丘陵地區(qū)的平均風(fēng)力時(shí) 速只有29公里，因此風(fēng)車不能全部運(yùn)動(dòng)。據(jù)估計(jì)，即使全年只有一半時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)， 它就能夠滿足北卡羅來納州七個(gè)縣1%到2%的用電需要。二、怎樣利用風(fēng)力來發(fā)電我們把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，這就是風(fēng)力發(fā)電。 風(fēng)力發(fā)電所需要的裝置，稱作風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，大體上可分風(fēng) 輪（包括尾舵）、發(fā)電機(jī)和鐵塔三部分。

4、（大型風(fēng)力發(fā)電站基本上沒有尾舵，一般 只有小型（包括家用型）才會(huì)擁有尾舵）風(fēng)輪是把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的重要 部件，它由兩只（或更多只）螺旋槳形的葉輪組成。當(dāng)風(fēng)吹向漿葉時(shí)，槳葉上產(chǎn)生 氣動(dòng)力驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。槳葉的材料要求強(qiáng)度高、重量輕，目前多用玻璃鋼或其它 復(fù)合材料（如碳纖維）來制造。（現(xiàn)在還有一些垂直風(fēng)輪，s型旋轉(zhuǎn)葉片等，其作 用也與常規(guī)螺旋槳型葉片相同）由于風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速比較低，而且風(fēng)力的大小和方向經(jīng)常變化著，這又使轉(zhuǎn)速不 穩(wěn)定；所以，在帶動(dòng)發(fā)電機(jī)之前，還必須附加一個(gè)把轉(zhuǎn)速提高到發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 的齒輪變速箱，再加一個(gè)調(diào)速機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定，然后再聯(lián)接到發(fā)電機(jī)上。為 保持風(fēng)輪始終對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向以獲得最大

5、的功率，還需在風(fēng)輪的后面裝一個(gè)類似風(fēng)向標(biāo) 的尾舵。鐵塔是支承風(fēng)輪、尾舵和發(fā)電機(jī)的構(gòu)架。它一般修建得比較高，為的是獲得 較大的和較均勻的風(fēng)力，又要有足夠的強(qiáng)度。鐵塔高度視地面障礙物對(duì)風(fēng)速影響 的情況，以及風(fēng)輪的直徑大小而定，一般在6-20米范圍內(nèi)。發(fā)電機(jī)的作用，是把由風(fēng)輪得到的恒定轉(zhuǎn)速，通過升速傳遞給發(fā)電機(jī)構(gòu)均勻運(yùn)轉(zhuǎn)，因而把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。三、多大的風(fēng)力才可以發(fā)電一般說來，3級(jí)風(fēng)就有利用的價(jià)值。但從經(jīng)濟(jì)合理的角度出發(fā)，風(fēng)速大于每 秒4米才適宜于發(fā)電。據(jù)測(cè)定，一臺(tái)55千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，當(dāng)風(fēng)速每秒為9.5 米時(shí)，機(jī)組的輸出功率為55千瓦；當(dāng)風(fēng)速每秒8米時(shí)，功率為38千瓦；風(fēng)速每 秒為6米時(shí)，只有

6、16千瓦；而風(fēng)速為每秒5米時(shí)，僅為9.5千瓦?？梢婏L(fēng)力愈 大，經(jīng)濟(jì)效益也愈大。在我國(guó)，現(xiàn)在已有不少成功的中、小型風(fēng)力發(fā)電裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)。我國(guó)的風(fēng)力資源極為豐富，絕大多數(shù)地區(qū)的平均風(fēng)速都在每秒3米以上，特 別是東北、西北、西南高原和沿海島嶼，平均風(fēng)速更大；有的地方，一年三分之 一以上的時(shí)間都是大風(fēng)天。在這些地區(qū)，發(fā)展風(fēng)力發(fā)電是很有前途的。四、風(fēng)力發(fā)電的原理風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速 度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約是每秒三公尺的微風(fēng)速 度（微風(fēng)的程度），便可以開始發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，因?yàn)?風(fēng)力發(fā)電沒有燃料問題，也不會(huì)產(chǎn)生輻射

7、或空氣污染。風(fēng)力發(fā)電在芬蘭、丹麥等國(guó)家很流行；我國(guó)也在西部地區(qū)大力提倡。小型風(fēng) 力發(fā)電系統(tǒng)效率很高，但它不是只由一個(gè)發(fā)電機(jī)頭組成的，而是一個(gè)有一定科技 含量的小系統(tǒng)：風(fēng)力發(fā)電機(jī)+充電器+數(shù)字逆變器。風(fēng)力發(fā)電機(jī)由機(jī)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(fēng)力并通過 機(jī)頭轉(zhuǎn)為電能；尾翼使葉片始終對(duì)著來風(fēng)的方向從而獲得最大的風(fēng)能；轉(zhuǎn)體能使 機(jī)頭靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)尾翼調(diào)整方向的功能；機(jī)頭的轉(zhuǎn)子是永磁體，定子繞組切 割磁力線產(chǎn)生電能。五、風(fēng)力發(fā)電的輸出風(fēng)力發(fā)電機(jī)因風(fēng)量不穩(wěn)定，故其輸出的是1325V變化的交流電，須經(jīng)充電 器整流，再對(duì)蓄電瓶充電，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能變成化學(xué)

8、能。然后用有保護(hù) 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。通常人們認(rèn)為，風(fēng)力發(fā)電的功率完全由風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率決定，總想選購(gòu)大 一點(diǎn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，而這是不正確的。目前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(fēng)量的大小，而不僅是機(jī)頭功率的大小。在內(nèi)地，小的 風(fēng)力發(fā)電機(jī)會(huì)比大的更合適。因?yàn)樗菀妆恍★L(fēng)量帶動(dòng)而發(fā)電，持續(xù)不斷的小 風(fēng)，會(huì)比一時(shí)狂風(fēng)更能供給較大的能量。當(dāng)無風(fēng)時(shí)人們還可以正常使用風(fēng)力帶來 的電能，也就是說一臺(tái)200W風(fēng)力發(fā)電機(jī)也可以通過大電瓶與逆變器的配合使用， 獲得

9、500W甚至1000W乃至更大的功率出。六、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的分類概述盡管風(fēng)力發(fā)電機(jī)多種多樣，但歸納起來可分為兩類：水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)， 風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向平行；垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面或者 氣流方向。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)科分為升力型和阻力型兩類。升力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)選抓速度 快，阻力型旋轉(zhuǎn)速度慢。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電，多采用升力型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。大多 數(shù)水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有對(duì)風(fēng)裝置，能隨風(fēng)向改變而轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)， 這種對(duì)風(fēng)裝置采用尾舵，而對(duì)于大型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，則利用風(fēng)向傳感元件以及伺 服電機(jī)組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪在塔架前面的稱為上風(fēng)向風(fēng)力機(jī)，風(fēng)輪在 塔架后面的則成為

10、下風(fēng)向風(fēng)機(jī)。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的式樣很多，有的具有反轉(zhuǎn)葉 片的風(fēng)輪，有的再一個(gè)塔架上安裝多個(gè)風(fēng)輪，以便在輸出功率一定的條件下減少 塔架的成本，還有的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)輪周圍產(chǎn)生漩渦，集中氣流，增加氣 流速度。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)向改變的時(shí)候無需對(duì)風(fēng)，在這點(diǎn)上相對(duì)于水平軸風(fēng)力 發(fā)電機(jī)是一大優(yōu)勢(shì)，它不僅使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，而且也減少了風(fēng)輪對(duì)風(fēng)時(shí)的陀螺力。 利用阻力旋轉(zhuǎn)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)有幾種類型，其中有利用平板和被子做成的風(fēng) 輪，這是一種純阻力裝置；S型風(fēng)車，具有部分升力，但主要還是阻力裝置。這 些裝置有較大的啟動(dòng)力矩，但尖速比低，在風(fēng)輪尺寸、重量和成本一定的情況下， 提供的功率輸出低

11、。達(dá)里厄式風(fēng)輪是法國(guó)G.J.M達(dá)里厄于19世紀(jì)30年代發(fā)明的。在20世紀(jì)70年代，加拿大 國(guó)家科學(xué)研究院對(duì)此進(jìn)行了大量的研究，現(xiàn)在是水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要競(jìng)爭(zhēng) 者。達(dá)里厄式風(fēng)輪是一種升力裝置，彎曲葉片的剖面是翼型，它的啟動(dòng)力矩低， 但尖速比可以很高，對(duì)于給定的風(fēng)輪重量和成本，有較高的功率輸出?，F(xiàn)在有多 種達(dá)里厄式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，如6型，型，Y型和H型等。這些風(fēng)輪可以設(shè)計(jì)成單 葉片，雙葉片，三葉片或者多葉片。其他形式的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)有馬格努斯效應(yīng)風(fēng)輪，他由自旋的圓柱體組成，當(dāng)它在氣流中工作時(shí)，產(chǎn)生 的移動(dòng)力是由于馬格努斯效應(yīng)引起的，其大小與風(fēng)速成正比。有的垂直軸風(fēng)輪使 用管道或者漩渦發(fā)生器塔，通過

12、套管或者擴(kuò)壓器使水平氣流變成垂直氣流，以增 加速度，偶寫還利用太陽(yáng)能或者燃燒某種燃料，是水平氣流變成垂直方向的氣流。七、風(fēng)能市場(chǎng)概況全球風(fēng)電市場(chǎng)狀況風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國(guó)的重視。其蘊(yùn)量巨大， 全球的風(fēng)能約為2.74X109MW，其中可利用的風(fēng)能為2X107MW，比地球上可開發(fā) 利用的水能總量還要大10倍。中國(guó)風(fēng)能儲(chǔ)量很大、分布面廣，僅陸地上的風(fēng)能 儲(chǔ)量就有約2.53億千瓦。隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，風(fēng)能市場(chǎng)也迅速發(fā)展起來。自2004年以來，全球風(fēng) 力發(fā)電能力翻了一番，2006年至2007年間，全球風(fēng)能發(fā)電裝機(jī)容量擴(kuò)大27%。 2007年已有9萬兆瓦，這一數(shù)字到2010年將是

13、16萬兆瓦。預(yù)計(jì)未來20-25年 內(nèi)，世界風(fēng)能市場(chǎng)每年將遞增25%。隨著技術(shù)進(jìn)步和環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，風(fēng)能發(fā)電 在商業(yè)上將完全可以與燃煤發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)。中國(guó)風(fēng)電總體市場(chǎng)“十五”期間，中國(guó)的并網(wǎng)風(fēng)電得到迅速發(fā)展。2006年，中國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝 機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到260萬千瓦，成為繼歐洲、美國(guó)和印度之后發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的主要 市場(chǎng)之一。2007年我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)規(guī)模延續(xù)暴發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，截至2007年底全國(guó) 累計(jì)裝機(jī)約600萬千瓦。2008年8月，中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)總量已經(jīng)達(dá)到700萬千瓦， 占中國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量的1%，位居世界第五，這也意味著中國(guó)已進(jìn)入可再生能 源大國(guó)行列。2008年以來，國(guó)內(nèi)風(fēng)電建設(shè)的熱潮達(dá)到了白熱化的程度。2

14、009年，中國(guó)（不 含臺(tái)灣地區(qū)）新增風(fēng)電機(jī)組10129臺(tái)，容量13803.2MW，同比增長(zhǎng)124%；累計(jì)安 裝風(fēng)電機(jī)組21581臺(tái)，容量25805.3MW。2009年，臺(tái)灣地區(qū)新增風(fēng)電機(jī)組37臺(tái)， 容量77.9MW；累計(jì)安裝風(fēng)電機(jī)組227臺(tái)，容436.05MW。中國(guó)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展前景中國(guó)風(fēng)力等新能源發(fā)電行業(yè)的發(fā)展前景十分廣闊，預(yù)計(jì)未來很長(zhǎng)一段時(shí)間都 將保持高速發(fā)展，同時(shí)盈利能力也將隨著技術(shù)的逐漸成熟穩(wěn)步提升。2009年該 行業(yè)的利潤(rùn)總額將保持高速增長(zhǎng)，經(jīng)過2009年的高速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2010、2011 年增速會(huì)稍有回落，但增長(zhǎng)速度也將達(dá)60%以上。風(fēng)電發(fā)展到目前階段，其性價(jià)比正在形成與煤電、水電的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。風(fēng)電的 優(yōu)勢(shì)在于：能力每增加一倍，成本就下降15%，近幾年世界風(fēng)電增長(zhǎng)一直保持在 30%以上。隨著中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)的國(guó)產(chǎn)化和發(fā)電的規(guī)?；L(fēng)電成本可望再降。因 此風(fēng)電開始成為越來越多投資者的逐金之地。八、風(fēng)力發(fā)