風(fēng)力發(fā)電設(shè)備

基本原理和部件組成如下： 大部分風(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。圖中的黃色帶子比紅色帶子，被吹得更加指向風(fēng)電機(jī)的背部。這是顯而易見的，因?yàn)槿~片末端的轉(zhuǎn)速是撞擊風(fēng)電機(jī)前部的風(fēng)速的八倍。 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(dòng)，直至到轉(zhuǎn)子中心，你會(huì)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。 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)艙左端是風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，即轉(zhuǎn)子葉片及軸。 轉(zhuǎn)子葉片：捉獲風(fēng)，并將風(fēng)力傳送到轉(zhuǎn)子軸心?，F(xiàn)代600千瓦風(fēng)電機(jī)上，每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的測量長度大約為20米，而且被設(shè)計(jì)得很象飛機(jī)的機(jī)翼。 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)子軸心與齒輪箱連接在一起。在現(xiàn)代600千瓦風(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(dòng)力閘的運(yùn)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(jī)械閘：高速軸以1500轉(zhuǎn)每分鐘運(yùn)轉(zhuǎn)，并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。它裝備有緊急機(jī)械閘，用于空氣動(dòng)力閘失效時(shí)，或風(fēng)電機(jī)被維修時(shí)。 發(fā)電機(jī)：通常被稱為感應(yīng)電機(jī)或異步發(fā)電機(jī)。在現(xiàn)代風(fēng)電機(jī)上，最大電力輸出通常為500至1500千瓦。 偏航裝置：借助電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)艙，以使轉(zhuǎn)子正對著風(fēng)。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)來感覺風(fēng)向。圖中顯示了風(fēng)電機(jī)偏航。通常，在風(fēng)改變其方向時(shí)，風(fēng)電機(jī)一次只會(huì)偏轉(zhuǎn)幾度。 電子控制器：包含一臺(tái)不斷監(jiān)控風(fēng)電機(jī)狀態(tài)的計(jì)算機(jī)，并控制偏航裝置。為防止任何故障（即齒輪箱或發(fā)電機(jī)的過熱），該控制器可以自動(dòng)停止風(fēng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過電話調(diào)制解調(diào)器來呼叫風(fēng)電機(jī)操作員。 液壓系統(tǒng)：用于重置風(fēng)電機(jī)的空氣動(dòng)力閘。 冷卻元件：包含一個(gè)風(fēng)扇，用于冷卻發(fā)電機(jī)。此外，它包含一個(gè)油冷卻元件，用于冷卻齒輪箱內(nèi)的油。一些風(fēng)電機(jī)具有水冷發(fā)電機(jī)。 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?，F(xiàn)代600千瓦風(fēng)汽輪機(jī)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?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)在于它比較便宜。 風(fēng)速計(jì)及風(fēng)向標(biāo)：用于測量風(fēng)速及風(fēng)向。 風(fēng)電機(jī)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)與你通?？吹降模娋W(wǎng)上的發(fā)電設(shè)備相比，有點(diǎn)不同。原因是，發(fā)電機(jī)需要在波動(dòng)的機(jī)械能條件下運(yùn)轉(zhuǎn)。 輸出電壓 大型風(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)。 大型制造商可以提供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)）。 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；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。 啟動(dòng)及停止發(fā)電機(jī) 如果你通過彈開一個(gè)普通開關(guān)，將大型風(fēng)電機(jī)發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)連接或解開，你很可能會(huì)損毀發(fā)電機(jī)、齒輪箱及鄰近電網(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(dòng)完成。 轉(zhuǎn)子葉片 轉(zhuǎn)子葉片輪廓（橫切面） 風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片看起來像航行器的機(jī)翼。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。 轉(zhuǎn)子葉片的材質(zhì) 大型風(fēng)電機(jī)上的大部分轉(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，他們目前只用在小型風(fēng)電機(jī)上。 風(fēng)電機(jī)齒輪箱 為什么要使用齒輪箱？ 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)。 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(dòng)發(fā)電機(jī)？ 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(dòng)的發(fā)電機(jī)會(huì)非常重。 更低的轉(zhuǎn)矩，更高的速度 使用齒輪箱，你可以將風(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。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。 下圖顯示了用于風(fēng)電機(jī)的1.5兆瓦的齒輪箱。這個(gè)齒輪箱有些不同尋常，因?yàn)樵诟咚冱c(diǎn)的兩個(gè)發(fā)電機(jī)上安裝有法蘭。右側(cè)安裝在發(fā)電機(jī)下的橙黃色配件，是液壓驅(qū)動(dòng)的緊急盤狀剎車。在背景處你可以看到用于1.5MW風(fēng)電機(jī)的機(jī)艙的下半部分 風(fēng)電機(jī)偏航裝置 風(fēng)電機(jī)偏航裝置用于將風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到迎風(fēng)的方向。 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(dòng)。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(dòng)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(dòng)時(shí)，都會(huì)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(huì)強(qiáng)迫偏航。即，使用一個(gè)帶有電動(dòng)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)。本圖顯示的是750千瓦風(fēng)電機(jī)上的偏航機(jī)構(gòu)。我們可以看到環(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(huì)配備有拉動(dòng)開關(guān)，在電纜扭曲太厲害時(shí)被激發(fā)。 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，為風(fēng)力發(fā)電沒有燃料問題，也不會(huì)產(chǎn)生輻射或空氣污染。 風(fēng)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(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。 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)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500W甚至1000W乃至更大的功率出。 使用風(fēng)力發(fā)電機(jī)，就是源源不斷地把風(fēng)能變成我們家庭使用的標(biāo)準(zhǔn)市電，其節(jié)約的程度是明顯的，一個(gè)家庭一年的用電只需20元電瓶液的代價(jià)。而現(xiàn)在的風(fēng)力發(fā)電機(jī)比幾年前的性能有很大改進(jìn)，以前只是在少數(shù)邊遠(yuǎn)地區(qū)使用，風(fēng)力發(fā)電機(jī)接一個(gè)15W的燈泡直接用電，一明一暗并會(huì)經(jīng)常損壞燈泡。而現(xiàn)在由于技術(shù)進(jìn)步，采用先進(jìn)的充電器、逆變器，風(fēng)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(gè)常年不花錢的路燈；高速公路可用它做夜晚的路標(biāo)燈；山區(qū)的孩子可以在日光燈下晚自習(xí)；城市小高層樓頂也可用風(fēng)力電機(jī)，這不但節(jié)約而且是真正綠色電源。家庭用風(fēng)力發(fā)電機(jī)，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(duì)乃至落后的山區(qū)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)正在成為人們的采購熱點(diǎn)。無線電愛好者可用自己的技術(shù)在風(fēng)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(dòng)致富。 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?，F(xiàn)狀:風(fēng)力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，風(fēng)力發(fā)電在芬蘭、丹麥等國家很流行；我國風(fēng)能資源十分豐富，我國也在西部地區(qū)大力提倡,管理滯后影響風(fēng)電“進(jìn)步” 首先，我國對風(fēng)能資源的普查、評價(jià)、規(guī)劃管理嚴(yán)重滯后，資源分散，缺少整合，沒有形成全國統(tǒng)一的國家級風(fēng)電產(chǎn)業(yè)研機(jī)機(jī)構(gòu)，缺少對產(chǎn)業(yè)資源的集中和整合。 其次，單位kW造價(jià)高，火電平均4500元/kW，風(fēng)電平均每80009000元/kW，平均造價(jià)高于火電?；痣娖骄妰r(jià)0.36元/千瓦時(shí)，風(fēng)電平均電價(jià)為0.56元/千瓦時(shí)，在我國南方地區(qū)電價(jià)，還要略高于北方地區(qū)。影響電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電的積極性。 第三，目前市場和產(chǎn)業(yè)化基本上沒有形成，風(fēng)電機(jī)組和系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)、設(shè)備性能、效率以及技術(shù)工藝水平與歐洲相比存在很大差距。國產(chǎn)風(fēng)電關(guān)鍵部件，如液壓系統(tǒng)、聯(lián)合器、電控等可靠性差，技術(shù)不夠成熟。 改善“環(huán)境”加快風(fēng)電步伐前景:它的優(yōu)勢不需要燃料、不占耕地、沒有污染，運(yùn)行成本低。；風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景非常廣闊，為風(fēng)力發(fā)電沒有燃料問題，也不會(huì)產(chǎn)生輻射或空氣污染。 我國風(fēng)能資源十分豐富，它是一種干凈的可再生能源；風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景非常廣闊，優(yōu)缺點(diǎn):它的優(yōu)勢不需要燃料、不占耕地、沒有污染，運(yùn)行成本低,我國風(fēng)力資源豐富,缺點(diǎn),效率低,造價(jià)昂貴,技術(shù)有待改進(jìn),管理不夠完善