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許多世紀(jì)以來,風(fēng)力發(fā)電機(jī)同水力機(jī)械一樣,作為動(dòng)力源替代人力、畜力,對(duì)生產(chǎn)力的發(fā)展發(fā)揮過重要作用。近代機(jī)電動(dòng)力的廣泛應(yīng)用以及二十世紀(jì)50年代中東油田的發(fā)現(xiàn),使風(fēng)力機(jī)的發(fā)展緩慢下來。

70年代初期,由于"石油危機(jī)",出現(xiàn)了能源緊張的問題,人們認(rèn)識(shí)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(gè)重要課題。風(fēng)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(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的動(dòng)力機(jī)械,又稱風(fēng)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(dòng)機(jī)。風(fēng)力發(fā)電利用的是自然能源。相對(duì)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(jī)。風(fēng)力發(fā)電不可視為備用電源,但是卻可以長(zhǎng)期利用。

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),再通過增速機(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)轱L(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(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。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)因風(fēng)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(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)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。

機(jī)械連接與功率傳遞水平軸風(fēng)機(jī)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(jī)的傳動(dòng)軸,此聯(lián)軸節(jié)應(yīng)按具有很好的吸收阻尼和震動(dòng)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(jī)械裝置的過載。另一種為直驅(qū)型風(fēng)機(jī)槳葉不通過齒輪箱直接與電機(jī)相連風(fēng)機(jī)電機(jī)類型。

機(jī)艙:機(jī)艙包容著風(fēng)力發(fā)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)力發(fā)電機(jī)塔進(jìn)入機(jī)艙。機(jī)艙左端是風(fēng)力發(fā)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。現(xiàn)代600千瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)上,每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的測(cè)量長(zhǎng)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)力發(fā)電機(jī)的低速軸上。

低速軸:風(fēng)力發(fā)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)力發(fā)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)力發(fā)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)力發(fā)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(duì)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)力發(fā)電機(jī)偏航。通常,在風(fēng)改變其方向時(shí),風(fēng)力發(fā)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)力發(fā)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)力發(fā)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)力發(fā)電機(jī)操作員。

液壓系統(tǒng):用于重置風(fēng)力發(fā)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)力發(fā)電機(jī)具有水冷發(fā)電機(jī)。

塔:風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔載有機(jī)艙及轉(zhuǎn)子。通常高的塔具有優(yōu)勢(shì),因?yàn)殡x地面越高,風(fēng)速越大。現(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(duì)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(cè)量風(fēng)速及風(fēng)向

尾舵:常見于水平軸上風(fēng)向的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)(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(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)向,使風(fēng)機(jī)正對(duì)風(fēng)向。作用二是在大風(fēng)風(fēng)況的情況下使風(fēng)力機(jī)機(jī)頭偏離風(fēng)向,以達(dá)到降低轉(zhuǎn)速,保護(hù)風(fēng)機(jī)的作用。

根據(jù)定槳矩失速型風(fēng)機(jī)和變速恒頻變槳矩風(fēng)機(jī)的特點(diǎn),國(guó)內(nèi)目前裝機(jī)的電機(jī)一般分為二類:

一、異步型

1、籠型異步發(fā)電機(jī);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(jī);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(jī);功率為750kW 1200kW 1500kW 由永磁體產(chǎn)生磁場(chǎng),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(lì)磁同步發(fā)電機(jī);由外接到轉(zhuǎn)子上的直流電流產(chǎn)生磁場(chǎng),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(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jì)初由中國(guó)、日本、歐洲幾乎同時(shí)發(fā)明的一種新型風(fēng)力發(fā)電機(jī),有別于最早的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)(達(dá)里厄型),效率高于水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī),無噪音和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu),維護(hù)簡(jiǎn)單。已成為歐美市場(chǎng)中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(fēng)力發(fā)電機(jī),日本最大功率30千瓦,英美國(guó)家生產(chǎn)的功率在1千瓦到10千瓦之間。

最近,國(guó)內(nèi)外多家公司提出了建造超大型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的計(jì)劃(10MW),此項(xiàng)計(jì)劃得到落實(shí)后,由于成本遠(yuǎn)低于目前的風(fēng)力發(fā)電機(jī),必將逐步取代水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī),成為世界新能源的主力軍!

2007年,全球風(fēng)力發(fā)電的累計(jì)裝機(jī)容量已達(dá)9.41萬兆瓦,比上一年的7.42萬兆瓦增加27%。2007年,中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)為605萬千瓦,提前3年實(shí)現(xiàn)2010年的規(guī)劃目標(biāo);2001年到2007年的6年間,中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)增長(zhǎng)了14倍;僅2007年一年,中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)就增加344.9萬千瓦,比中國(guó)風(fēng)電有史以來的累積總量還多。隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,風(fēng)電設(shè)備供不應(yīng)求。

2006年,中國(guó)共有風(fēng)電機(jī)組6469臺(tái),其中兆瓦級(jí)機(jī)組占21.2%,2007年,這個(gè)比例躍升為38.1%,提高了16.9個(gè)百分點(diǎn)。

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

中國(guó)巨大的風(fēng)電市場(chǎng)以及廉價(jià)的勞動(dòng)力成本,吸引了大量國(guó)外風(fēng)電巨頭紛紛在中國(guó)設(shè)廠,或采取與國(guó)內(nèi)企業(yè)合資的方式,生產(chǎn)的產(chǎn)品都被貼上了中國(guó)制造的標(biāo)簽。中國(guó)制造的風(fēng)電設(shè)備產(chǎn)品占據(jù)越來越大的市場(chǎng)份額,風(fēng)機(jī)產(chǎn)品正在經(jīng)歷一個(gè)由全球制造向中國(guó)制造的轉(zhuǎn)變。

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�更容易被小風(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(gòu)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。

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