风力发电机是如何运行

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。
连接到电网接入点。
7) 世 界 各 地 的 风 力 发 电 装 置 到 2005 年 底 ， 世 界 总 风 力 发 电 装 机 容 量 达 58 千 兆 瓦 。 德 国、西班牙、美国、印度和丹麦是以风力发电装机容量
来算前几名的国家。在丹麦，风能发电提供该国总用电
量 的 20 ％ 。 香 港 第 一 台 大 型 风 力 发 电 机 是 由 香 港 电 灯 集 团 於 2005 年 末安 装 在 南 丫 岛 上 ， 并 於 2006 年 二 月 正 式 启 用 。 该 机 额 定 输 出 功 率 为 800 千 瓦 。
风力发电机是如何运行
• 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 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 。
超 级狂兵www.15k /book s /3/3524/index.html
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。
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
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) 风 力 发 电 机 的 工 作 原 理
•
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。
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 = 1/2 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；
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。
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，因为它可以收集不同来向的风 能。 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、2或者3片叶片构成。 叶片较少的风力发电机通常需要更高的转速以提取风中 的能量，因此噪音比较大。而如果叶片太多，它们之间 会相互作用而降低系统效率。目前3叶片风电机是主流。 从美学角度上看，3叶片的风电机看上去较为平衡和美 观。 6) 岸 上 风 电 场 岸上风电系统可以是仅有一台风电机，或者由多台风电 机器线性排列或方阵排列形成风电场。
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 。
超 级狂兵www.15k /book s /3/3524/index.html
超 级狂兵www.15k /book s /3/3524/index.html
风电场的风力发电机相互之间需要有足够的距离，以免
造成过强的湍流相互影响，或由於"尾流效应"而严重减 低後排风电机的功率输出。
为了配合运送大型设备（特别是叶片）到安装现场，须
要建设道路。另外亦须要建设输电线，把风电场的输出
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 结构 ， 是 横 轴 式 三 叶片风轮，并安装在直立管状塔杆上。 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。
风情况下噪音更低。因此，变速的风电机设计比
起定速风电机转向机械装
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
超 级狂兵www.15k /book s /3/3524/index.html
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。 为特定地点选取合适的风力发电机，一般方法是采用风电 机的功率曲线和该地点的风力资料以进行产电量估算。。 （在大型风力发电机-资源潜力部分有更多相关资讯） 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）。