风力发电的技术资料

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1、风力发电的基础了解　1)风的功率　　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。能量=1/2X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=1/2X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

2、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。大型与电网接驳的风力发电机的最常见的结

3、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

4、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

5、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。当风力过强时，业片尾部制动装置会动作，令风轮剎车。使用斜角调节的风电机，每片叶片能够以纵向为轴而旋转，叶片角度随著风速不同而转变，从而改变风轮的空气动力性能。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。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发

6、电。随著风力越来越强，输出功率会增加。当风速达到额定风速时，风电机会输出其额定功率。之後输出功率会保留大致不变。当风速进一步增加，达到切出风速的时候，风电机会剎车，不再输出功率，为免受损。　　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。　　上图：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)　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

7、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)风力发电机的主要种类　　横轴风力发电机和竖轴风力发电机　　根据叶片固定轴的方位，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

8、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。而对於顺风风电机，来风是从风轮的背後吹来。大多数的风力发电机是逆风式的。　　单叶片、双叶片和三叶片风力发电机　　叶片的数目由很多因素决定，其中包括空气动力效率、复杂度、成本、噪音、美学要求等等。大型风力发电机可由1