风力发电原理——2012绪论
风力发电技术基础 教学大纲
风力发电技术基础一、课程说明课程编号：100311Z10课程名称：风力发电技术基础/Fundamentals of Wind Power Technology课程类别：专业教育课程学时/学分：32/2先修课程：工程流体力学、能源系统控制技术适用专业：新能源科学与工程教材: 王亚荣，耿春景等. 风力发电技术[M].中国电力出版社，2012.教材、教学参考书：1.田德. 风能转换原理技术与工程[M]. 待出版2.徐大平. 风力发电原理[M]. 机械工业出版社，2011.3.叶杭冶. 风力发电机组的控制技术[M]. 机械工业出版社，2015.4.黄守道. 直驱永磁风力发电机设计及并网控制[M]. 电子工业出版社，2014.二、课程设置的目的意义风力发电技术基础课程是为新能源科学与工程专业设立的拓展知识体系的专业课，课程的设置目的是让学生通过学习风力发电技术基础这门清洁能源与可再生能源学科的课程，了解风的特性及我国的风能资源分布特点，将风能资源评估、风电厂选址、建设与运行维护联系起来，构建风力发电技术的知识体系，建立风能资源等清洁能源与可再生能源的利用意识，结合本专业的要求，既关注太阳能等清洁能源与可再生能源发展，也关注风能资源开发利用的技术与应用趋势，有利于创新性的开发风能发电的技术与设备，扩展专业领域，为全面从事新能源科学与工程的研究开发工作奠定基础。
三、课程的基本要求知识：掌握风力机的发展史，世界风能发展状况，风的特性及我国的风能资源分布特点，风能资源评估，风力机的基本组成，水平轴并网型风力机的基本工作原理，风电场项目规划与选址，风力机的选型、运输与安装，风电场与电力系统的关系，风能系统的经济评价方式，风能系统的成本构成，以及世界可再生能源状况、全球和中国的可再生能源政策。
能力：风力发电指利用风力发电机组直接将风能转化为电能的发电方式，是风能利用的主要形式，也是目前可再生能源中技术最为成熟、最具规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式之一，对减少温室效应，保持生态平衡，改善电力结构将起到重要作用。
风力发电原理
风力发电机组结构组成
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转子叶片 轮毂 变桨系统 主轴 齿轮箱系统 联轴器 机械刹车装置 发电机 冷却系统 控制系统 监测及保护装置 测风系统 机舱 偏航系统 塔筒 地基
基本原理
风力机 风能 机械能 发电机 电能
风力发电机组的发电原理， 是通过风力机将 风能转换成机械能，然后通过发电机将机械能转 化为电能，这就是风力发电基本原理。随着风力 发电技术的迅速发展，风力发电机组可利用的有 效风速大约为3—25 m／s，这样便大大提高了 风力发电机组的效率。
风力发电技术原理图
风力发电技术原理图
常见的风力发电机组
直驱式风力发电机组
常见的风力发电机组
常规风力发you!
风力发电机组的 发电原理介绍
大规模发展风力发电的背景
在21世纪的今天，能源、环境已成为人类 生存和发展所要解决的紧迫问题，常规能源以煤、 石油、天然气为主。它不仅资源有限，而且造成 了严重的大气污染。因此，对可再生能源的开发 利用受到世界各国的高度重视。 日前风能是具有大规模开发利用前景的可再 生能源之一。从全球范围来看，风力发电已经从 试验研究阶段迅速发展为一项成熟技术。现代风 电技术面临的挑战主要包括进一步提高可靠性、 提高效率和降低成本。
风力发电的原理
风力发电的原理第一篇：风力发电的原理风力发电的原理利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。
依据目前的风车技术，大约是每秒三公里的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。
风力发电正在世界上形成一般热潮，为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。
风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行，我国也在西部地区大力提倡，小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统；风力发电机+充电器+数字逆变器，风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成，每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。
风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13-25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电。
使风力发电机产生的电能变成化学能，然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。
通常人们认为风力发电的功率完全由风力发电机的功率决定，总想选购大一点的风力发电机，而这是不正确的，目前的风力发电机只是给电瓶充电，而由电瓶把电能贮存起来，人们最终使用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系。
功率的大小更主要取决于风量的大小，而不仅是机头功率的大小。
在内地，小的风力发电机会比大的更合适。
因为，它更容易被小风量带动而发电，持续不断的小风，会比一时狂风更能供给较大的能量，当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能，也就是说一台220W风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合作用，获得500W甚至1000W乃至更大的功率出。
使用风力发电机，就是源源不断地把风能变成我们家庭使用的标准市电，其节约的程度是明显的，一个家庭一年的用电只需20元充电瓶液的代价。
由于现在技术的进步，均采用先进的充电器、逆变器，风力发电成为有一定科技含量的小系统，并能在一定条件下代替正常的市电，山区可以借此系统做一个常年不花钱的路灯，高速公路可用它做夜晚的路标灯；山区的孩子可以在日光灯下晚自习；城市小高层楼顶也可用风力电机，这不但节约而且是真正绿色电源，家庭用风力发电机，不但可以防止停电，而且还能增加生活情趣，在旅游景区、边防、学校、部队乃至落后的山区，风力发电机正在成为人们的采购热点，无线电爱好者可用自己的技术在风力发电方面为山区人民服务。
风力发电原理
风力发电原理引言：风力发电是一种利用风能转化成电能的可再生能源技术。
它通过风力涡轮机将风能转化为机械能，再经过发电机转化为电能。
风力发电具有环保、可再生和永不枯竭的特点，在全球范围内被广泛应用和发展。
本文将深入介绍风力发电的原理及其工作过程。
第一节：风力发电机的构造风力发电机主要由风轮、轴、齿轮箱、发电机和塔架等部分组成。
风轮是风力发电机的核心部件，它由多个叶片组成。
叶片的形状和材料对发电机的效率和输出功率有直接影响。
轴连接着风轮和齿轮箱，传递风轮的旋转力矩。
齿轮箱则根据风轮的旋转速度和转速比，调节发电机的转速。
发电机由转子和定子组成，旋转的转子通过磁感应原理在定子上产生电流，进而发电。
塔架用于将风力发电机安装在高处，以获取更高的风能。
第二节：风力发电的工作过程1. 风力捕捉：当风经过风轮时，风轮的叶片会受到风力的作用而转动。
这就是风力发电机捕捉风能的第一步。
2. 机械能转换：风轮转动的力矩通过轴传递至齿轮箱，齿轮箱会根据风轮的旋转速度和转速比来调节发电机的转速。
3. 电能转换：发电机的转子通过磁感应原理，在定子上产生电流。
这些电流通过导线传输至变流器，将交流电转变为直流电。
然后再通过逆变器将直流电转变为接入电网所需的交流电能。
4. 输送电能：经过电能转换后，产生的电能会通过输电线路输送至用电单位，为人们的生产和生活提供电力支持。
第三节：风力发电的优势和挑战1. 优势：- 环保：风力发电不会产生污染物和温室气体排放，对环境无害，减少了对化石燃料的需求。
- 可再生：风力是一种可再生的资源，永不枯竭，相较于有限的化石燃料具有更长久的供应保障。
- 丰富：全球范围内风资源丰富，特别适合在海岸线和山地等地区开展风力发电。
- 分散供能：分散式的风力发电可以提高电力系统的韧性和可靠性，减少对传统电网的依赖。
2. 挑战：- 不稳定性：风能的不稳定性会造成风力发电的波动性，难以持续稳定地供应电力。
- 空间需求：风力发电机需要占用一定的土地和空间，特别是在城市等地区可能受到限制。
风力发电系统原理
风力发电系统原理引言风力发电是一种利用风能转化为电能的可再生能源技术。
它是一种环保、可持续的能源解决方案，被广泛应用于全球各地。
本文将介绍风力发电系统的原理，包括风力的转化、发电机的工作原理以及电能的输送和储存。
一、风力的转化风是地球大气层中的气体运动，由于地球的自转和不同地区的气温差异，形成了气压差。
当气压差引起气体运动时，就会形成风。
风的强度和方向是由气压差、地球自转和地形等多种因素共同决定的。
风力发电系统利用风的动力来转化为电能。
首先，需要选择合适的风能资源丰富的地点，例如海岸线、山脉等。
然后，在这些地点上安装风力发电机组，以便能够捕捉到足够的风能。
风力发电机组由风轮、主轴、发电机和控制系统等组成。
二、发电机的工作原理风轮是风力发电机组的关键部件之一。
当风吹过风轮时，风轮开始旋转。
风轮上的叶片被风推动，产生扭矩。
这个扭矩通过主轴传递给发电机。
发电机是将机械能转化为电能的装置。
发电机中有一个旋转的转子和一个固定的定子。
当主轴传递扭矩给发电机时，转子开始旋转。
转子上的导线在磁场的作用下产生电流。
这个电流通过定子上的导线，最终输出为交流电。
三、电能的输送和储存风力发电系统产生的电能需要经过输电线路输送到用户。
输电线路通常是由高压输电线路和变电站组成。
高压输电线路能够将电能远距离传输，而变电站可以将电能转换为适合用户使用的电压。
对于风力发电系统而言，电能的储存也是一个重要的问题。
由于风的不稳定性，有时风力发电系统会产生过剩的电能，而有时又会产生不足的电能。
因此，需要储能设备来平衡供需之间的差异。
目前常用的储能技术包括电池储能、压缩空气储能和水泵储能等。
结论风力发电系统利用风能转化为电能，是一种可再生、清洁的能源解决方案。
通过风力的转化和发电机的工作原理，风力发电系统能够产生可持续的电能。
同时，电能的输送和储存也是风力发电系统中不可忽视的环节。
随着科技的发展，风力发电系统将进一步提高效率和可靠性，为人类提供更多绿色能源。
风力发电原理 作者 徐大平 风力发电原理
1.2 中国风能资源与开发
• 1.2.1 风能特点
– 风能蕴藏量大、分布广。 – 风能是可再生能源。 – 风能利用基本没有对环境的直接污染和影响。 – 风能的能量密度低。 – 不同地区风能差异大。 – 风能具有不稳定性。
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1.2.2 我国风能资源
我国风能密度分布图
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1.2.2 我国风能资源（续）
• 我国风力发电始于20世纪70年代，80年代后研制并网机组7。
1.1 风能利用及风力发电历史（续）
a) Brush的风电机组 b) Poul la Cour的风电机组 c) Smith-Putnam的风电机组
早期的风电机组
8
1.1 风能利用及风力发电历史（续）
a) 德国人Huetter建造的风电机组W-34 b) 丹麦人Johannes Juul建造风电机组Gedser 现代风电机组的先驱
• 当风电场并网点的电压偏差在-10%~+10%之间时，风电场内的风电机 组应能正常运行。
• 风电场并网点电压在图中电压轮廓线及以上的区域内时，场内风电机 组必须保证不间断并网运行。
• 对故障期间没有切出电网的风电场，其有功功率在故障切除后至少以 10%额定功率/秒的功率变化率恢复至故障前的值。
1.2
标准代号 GB/T 2900.53-2001 GB/T 18451.1-2001 GB/T 18451.2-2003 GB/T 19960.1-2005 GB/T 19960.2-2005 GB/T 20319-2006 GB/T 20320-2006 GB/T 19568-2004 GB/T 19069-2003 GB/T 19070-2003 GB/T 19071.1-2003 GB/T 19071.2-2003 GB/T 19073-2003 GB/T 19072-2003 JB/T 10300-2001 JB/T 10194-2000 JB/T 10427-2004 JB/T 10425.1-2004 JB/T 10425.2-2004 JB/T 10426.1-2004 JB/T 10426.2-2004 JB/T 10705-2007 JB/T 18709-2002 JB/T 18710-2002
风力发电机工作原理及原理图
风力发电机工作原理及原理图风力发电机工作原理及原理图风力发电机工作原理及原理图现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距(风轮转动惯量),通过主轴传动链,经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后,通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网.如果超过发电机同步转速,转子也处于发电状态,通过变流器向电网馈电.最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成,立在一定高度的塔干上,这是小型离网风机.最初的风力发电机发出的电能随风变化时有时无,电压和频率不稳定,没有实际应用价值.为了解决这些问题,现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等.齿轮箱可以将很低的风轮转速(1500千瓦的风机通常为12-22转/分)变为很高的发电机转速(发电机同步转速通常为1500转/分).同时也使得发电机易于控制,实现稳定的频率和电压输出.偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向.要知道,1500千瓦的风机机舱总重50多吨,叶轮30吨,使这样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度.风机是有许多转动部件的,机舱在水平面旋转,随时偏航对准风向;风轮沿水平轴旋转,以便产生动力扭距.对变桨矩风机,组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转,以便适应不同的风况而变桨距.在停机时,叶片要顺桨,以便形成阻尼刹车.早期采用液压系统用于调节叶片桨矩(同时作为阻尼、停机、刹车等状态下使用),现在电变距系统逐步取代液压变距.就1500千瓦风机而言,一般在4米/秒左右的风速自动启动,在13米/秒左右发出额定功率.然后,随着风速的增加,一直控制在额定功率附近发电,直到风速达到25米/秒时自动停机.现代风机的设计极限风速为60-70米/秒,也就是说在这么大的风速下风机也不会立即破坏.理论上的12级飓风,其风速范围也仅为32.7-36.9米/秒.风机的控制系统要根据风速、风向对系统加以控制,在稳定的电压和频率下运行,自动地并网和脱网;同时*齿轮箱、发电机的运行温度,液压系统的油压,对出现的任何异常进行报警,必要时自动停机,属于无人值守独立发电系统单元.风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。
风力发电工作原理
风力发电工作原理1 风力发电的定义风力发电是一种以风能转化为电能的方式。
也就是利用风能旋转风机叶片产生动能，再经过发电机转换成电能。
风是一种可再生的资源，因此风力发电被认为是一种绿色能源。
2 风力发电的特点相比于传统的化石能源，风力发电有以下几个特点：- 可再生，不会耗尽- 无排放，对环境污染少- 适应性强，可以放置在不同的地方- 可以在独立的小规模系统中使用，也可以与电网连接产生大规模电力3 风力发电的构成风力发电系统由以下几个核心组成部分构成：- 风力涡轮机/风机：利用风能将叶片旋转产生转动力- 发电机：将机械能转化为电能- 控制系统：确保风力涡轮机运行在最佳状态并与电网稳定连接- 塔架：将风力涡轮机安置于合适的高度以利用更高的风力风力涡轮机的构成包括叶轮/叶片、减速器、轴、制动系统、转向机构等。
发电机则是将机械能转化为电能的部分，其构成包括转子、定子、端部盖、轴等。
4 风力发电的工作原理风力发电的基本工作原理如下：- 风吹过风力涡轮机/风机，使得叶片开始旋转- 叶片将转动力传递到转子/轮，这也使发电机开始运转- 发电机将旋转动能转换为电能- 电能流入控制系统，该系统对风力涡轮机和发电机进行控制并将电能输送到电网中5 风力发电的优势与劣势风力发电作为一种可再生、绿色的能源，在未来的发展中越来越受到重视。
但是，它也有其优势与劣势:优势：- 清洁无污染- 节约资源成本- 发展前景广阔- 绿色环保劣势：- 限制较多，比如需要较大空地、适宜的风力和风速等因素限制；- 不宜小规模使用，需要较大规模的安装；- 依赖风，其电量难以预测6 结论风力发电作为一种绿色、可再生的新能源，拥有不少的优点和优势，虽然也会存在一些劣势，但总的发展趋势还是向着可持续、绿色的方向前进。
随着技术的不断更新变革以及政府政策的不断支持，相信风力发电一定有更好的发展前景。
风力发电的物理原理剖析
风力发电的物理原理剖析风力发电是一种利用风能将其转化为机械能，再进一步转化为电能的发电方式。
它是一种可再生能源的利用方式，具有环保、经济、可持续等特点。
本文将通过解析风力发电的物理原理，从空气流动、转子叶片、发电机等方面剖析风力发电的工作过程。
首先，风力发电的物理原理基于空气流动。
风是空气在地球表面受到温度差异和地球自转的作用而不断流动的结果。
风的动能可以表示为1/2mv^2，其中m是单位时间内通过某一面积的空气质量，v是空气的速度。
因此，风能与风速的立方成正比。
接下来，风能通过转子叶片将其转化为机械能。
转子叶片是风力发电机组中最关键的部分，它们通常由玻璃纤维复合材料或铝合金等轻而坚固的材料制成。
当风经过叶片时，由于气体的粘性以及叶片的形状和角度，空气会被强制改变方向，产生一个压力差。
这个压力差会对叶片表面施加力，使叶片开始旋转。
这个旋转过程就是将风能转化为机械能的过程。
然后，机械能通过发电机将其转化为电能。
发电机是风力发电机组中负责将机械能转化为电能的关键组件。
发电机主要由转子和定子组成。
转子与转子叶片连接，当转子受到机械力作用时就会旋转。
在转子内部有一组线圈，当转子旋转时，线圈中的磁场也会发生改变。
同时，定子内部也有一组线圈，当转子旋转时，定子线圈中的磁场与转子线圈的磁场相互作用，产生感应电动势。
根据电磁感应定律，一旦有电动势产生，就可以通过电流形式输出电能。
最后，电能通过变压器进行升压传输。
由于风力发电机组产生的电能通常较低，需要通过变压器将电能升压，以便更好地进行传输和分配。
变压器通过电流的电磁感应，将低压电能转化为高压电能，以减少能量损失，并提高电能的传输效率。
综上所述，风力发电的物理原理是基于空气流动、转子叶片和发电机的工作原理。
当风通过转子叶片时，被强制改变方向，产生压力差，进而驱动转子旋转。
而转子内的线圈的旋转运动则会通过电磁感应产生电动势，完成从风能到机械能再到电能的转化过程。
风力发电原理
风力发电原理风力发电是一种利用风能转换为电能的可再生能源技术，它是一种清洁、环保的发电方式，受到了越来越多的关注和重视。
风力发电原理是指利用风能带动风车叶片旋转，通过发电机将机械能转换为电能的过程。
下面将详细介绍风力发电的原理及其相关知识。
首先，风力发电的原理是基于风能转换为机械能，再由发电机将机械能转换为电能。
当风吹过风力发电机的叶片时，叶片会受到风力的作用而转动。
风力的大小与叶片的形状、面积、叶片数目以及风速等因素有关。
叶片的转动会带动风力发电机内部的发电机转子旋转，发电机转子旋转会产生感应电动势，最终转化为电能输出。
其次，风力发电的原理还涉及到风力发电机的结构。
风力发电机主要由叶片、轴、发电机、塔架等部分组成。
叶片是风力发电机的核心部件，它的设计和制造直接影响着风力发电机的转换效率。
轴是连接叶片和发电机的重要部件，它承受着叶片带来的扭矩，并将其传递给发电机。
发电机是将机械能转换为电能的关键部件，它通过磁场和线圈的相互作用产生感应电动势，最终输出电能。
塔架则是支撑整个风力发电机的结构，使其能够稳定地面对风力。
最后，风力发电的原理还与风能的利用效率有关。
风力发电的利用效率受到多种因素的影响，如风速、叶片设计、机械传动系统等。
在实际应用中，为了提高风力发电的利用效率，需要根据当地的气候条件和地形地貌等因素，选择合适的风力发电机型号和布局方式。
此外，科学合理地进行运行和维护管理，也能有效地提高风力发电的利用效率。
总的来说，风力发电原理是基于风能转换为电能的物理过程，它涉及到风力的捕捉、转换和利用等多个环节。
了解风力发电的原理，有助于我们更好地理解风力发电技术的运行机理，为风能资源的开发利用提供理论指导和技术支持。
随着科技的不断进步和风力发电技术的不断完善，相信风力发电将会在未来发挥越来越重要的作用，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
风力发电什么原理
风力发电什么原理
风力发电是利用风能转换成电能的一种清洁能源。
风力发电的
原理是利用风力带动风轮转动，再通过发电机将机械能转化为电能。
风力发电的原理可以简单地概括为风能转动机械设备，机械设备再
转化为电能。
下面将详细介绍风力发电的原理。
首先，风力发电的原理基于风能的转化。
当风吹过风力发电机
的叶片时，风的动能被转化为叶片的动能。
这些叶片连接到一个主
轴上，当叶片受到风的作用时会转动主轴。
主轴与发电机的转子相连，因此叶片的转动将转子转动，产生机械能。
其次，发电机将机械能转化为电能。
发电机是将机械能转化为
电能的装置。
当转子转动时，通过电磁感应原理在导线中产生感应
电流，最终产生电能。
这些电能经过整流、变压等装置后，可以输
出为交流电或直流电，供给家庭或工业使用。
风力发电的原理就是这样简单。
通过风的动能转化为机械能，
再通过发电机将机械能转化为电能。
这种清洁能源不会产生温室气
体和污染物，对环境友好。
同时，风力发电具有可再生性和持续性，是一种非常重要的可再生能源。
总的来说，风力发电的原理是通过风能转动机械设备，再将机械能转化为电能。
这种清洁能源对环境友好，具有可再生性和持续性，是未来能源发展的重要方向之一。
希望随着科技的发展，风力发电技术能够不断完善，成为更加高效的清洁能源。
风力发电原理——绪论2
27
1.4 风电相关标准（续）
国际电工委员会（IEC）标准
《风力发电系统-第一部分：设计要求》 《海上风电机组设计要求》
国外主要风电标准
德国 《风能转换系统的认证准则 》 丹麦 《风机的载荷和安全标准 》 挪威 《海上风电机组结构设计标准》
华北电力大学控制与计算机工程学院
风力发电原理
课程简介
第一章：绪论 第二章：风能及其转换原理 第三章：风力发电机组结构 第四章：风力发电机 第五章：风力发电机组的控制技术 第六章：垂直轴风力发电机组 第七章：离网风力发电系统
2
基本要求
了解风能及其利用 掌握大型并网风力发电机组的基本结构 掌握各部件的基本原理 了解风力发电技术发展
我国风力发电始于20世纪70年代，80年代后研制并网机组。 8
1.1 风能利用及风力发电历史（续）
a) Brush的风电机组 b) Poul la Cour的风电机组 c) Smith-Putnam的风电机组
早期的风电机组
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1.1 风能利用及风力发电历史（续）
a) 德国人Huetter建造的风电机组W-34 b) 丹麦人Johannes Juul建造风电机组Gedser 现代风电机组的先驱
能源
能够直接或经转换提供能量的资源称为能源。 按被利用程度分:
常规能源：开发利用时间长，技术相对成熟、能大量生产利用。 新能源：开发和利用尚在研究和推广使用。
按取得方式分：
一次能源：自然存在，可直接利用。 二次能源：经转换或加工生产的。
按短期内能否重复取得分：
可再生能源 非可再生能源
风力发电原理 第1章 绪论
6.7
• 每个地方的风特性可用风玫瑰图表示，如图1.7所示。图 1.7所示，每根直线的长度表示在一年内这个方向的风的时 间百分数(风向指向圆心)，每个圆或圆弧表示的时间为总 时间的5%。在每根直线的端点的数字表示这个方向风速的 平均值。
• 1.3.1.4 平均风速随高度变化 • 在大气边界层中，平均风速随高度发生变化，其变化规律
的、对环境无污染、对生态无破坏的清洁能源。风能密度 低是风
• 1.2.2 中国风能资源分布特点 • 研究各个地区风能资源的潜力和特征，一般都用有效风能
密度和可利用的年累积小时数两个指标来表示。能的弱点 之一。
• 1.2.2.1 风能丰富区 • 1.2.2.2 风能较丰富区 • 1.2.2.3 风能可利用区 • 1.2.2.4 风能欠缺地区
称风剪切或风速廓线，风速廓线可采用对数律分布或指数 律分布。
地面高度 （m）
大都市中心地带 有森林覆盖的乡镇、 平原、沿海地带 城市郊区
图1.9 地表上高度与风速的关系
• 1.3.2风能公式 • 1 .空气密度 • 2. 风速的统计特性 • 3. 风能公式 • 空气运动具有动能，风能是指风所具有的动能。
• 2）山谷风
• 1.1.3 风力等级
• 风力等级是风速的数值等级，它是表示风强度的一种方法， 风越强，数响而 引起的各种现象，按风力的强度等级来估计风力的大小， 国际上采用的是英国人蒲福（Francis Beaufort）于1805年 所拟定的，故又称“蒲福风级”。他是从静风到飓风分为 13级。自1946年以来风力等级又作了一些修订，由13级变 为17级，
• 1.3.3 平均风能密度和有效风能密度
• 表征一个地点的风能资源潜力，要视该地常年平均风能密 度的大小。风能密度是单位面积上的风能，对于风力发电 机来说，风能密度是指叶轮扫过单位面积的风能
风力发电的基本原理
1 引言风是最常见的自然现象之一，是太阳对地球表面不均衡加热而引起的“空气流动”，流动空气具有的动能称之为风能。
因此，风能是一种广义的太阳能。
据世界气象组织（WMO ）和中国气象局气象科学研究院分析，地球上可利用的风能资源为200亿kW ，是地球上可利用水能的20倍。
中国陆地10m 高度层可利用的风能为2.53亿kW ，海上可利用的风能是陆地上的3倍，50m 高度层可利用的风能是10m 高度层的2倍，风能资源非常丰富。
风能是一种技术比较成熟、很有开发利用前景的可再生能源之一。
风能的利用方式不仅有风力发电、风力提水，而且还有风力致热、风帆助航等。
因此，开发利用风能对世界各国科技工作者具有极强的魅力，从而唤起了世界众多的科学家致力于风能利用方面的研究。
在本文中，将对风力发电技术的基本原理和发电机的发展方向进行论述。
1.1 温度、大气压力和空气密度通过温度计和气压计测试出实验地点的环境温度和大气压，由下式计算出空气密度。
101325)273(99.352h t +=ρ （1） 式中的ρ是空气密度，H 是当地大气压力，T 是温度（单位是摄氏度）。
从空气密度公式可以看出，空气密度的大小与大气压力、温度有关。
1.2 风能的计算公式空气运动具有动能。
风能是指风所具有的动能。
如果风力发电机叶轮的断面面积为A ，则当风速为V 的风流经叶轮时，单位时间风传递给叶轮的风能为（本论文公式中的物理量除特殊情况说明外均采用国际单位）mv p 21=2 （2） 其中：单位时间质量流量m=ρAV ρAV P 21= 3221AV V ρ= （3） 而风能发电机实际转换的有用功率是：321AV C P e m p w ρηη= （4） 式中的W P 是每秒空气流过风力发电机叶轮断面面积的风能，即风能功率，单位W ，P C 是叶轮的风能利用系数，m η是齿轮箱和传动系统的机械效率，一般为0.80—0.95，直驱式风力发电机为1.0，e η是发电机效率，一般为0.70—0.98，ρ是空气密度，A 是风力发电机叶轮旋转一周所扫过的面积，V 是风速。
第一章 风力发电系统的基本原理
第一章风力发电系统的基本原理1.1 风力发电的基本原理1.1.1 风力发电的基本原理风能具有一定的动能，通过风轮机将风能转化为机械能，拖动发电机发电。
风力发电的原理是利用风带动风车叶片旋转，再通过增速器将旋转的速度提高来促使发电机发电的。
依据目前的风车技术，大约3m/s的微风速度便可以开始发电。
风力发电的原理说起来非常简单，最简单的风力发电机可由叶片和发电机两部分构成如图1-1所示。
空气流动的动能作用在叶轮上，将动能转换成机械能，从而推动片叶旋转，如果将叶轮的转轴与发电机的转轴相连就会带动发电机发出电来。
1.1.2风力发电的特点（1）可再生的洁净能源风力发电是一种可再生的洁净能源，不消耗化石资源也不污染环境，这是火力发电所无法比拟的优点。
（2）建设周期短一个十兆瓦级的风电场建设期不到一年。
（3）装机规模灵活可根据资金情况决定一次装机规模，有一台资金就可以安装一台投产一台。
（4）可靠性高把现代高科技应用于风力发电机组使其发电可靠性大大提高，中、大型风力发电机组可靠性从80年代的50%提高到了98%，高于火力发电且机组寿命可达20年。
（5）造价低从国外建成的风电场看，单位千瓦造价和单位千瓦时电价都低于火力发电，和常规能源发电相比具有竞争力。
我国由于中大型风力发电机组全部从国外引进，造价和电价相对比火力发电高，但随着大中型风力发电机组实现国产化、产业化，在不久的将来风力发电的造价和电价都将低于火力发电。
（6）运行维护简单现代中大型风力发电机的自动化水平很高，完全可以在无人职守的情况下正常工作，只需定期进行必要的维护，不存在火力发电的大修问题。
（7）实际占地面积小发电机组与监控、变电等建筑仅占火电厂1%的土地，其余场地仍可供农、牧、渔使用。
（8）发电方式多样化风力发电既可并网运行，也可以和其他能源如柴油发电、太阳能发电、水利发电机组形成互补系统，还可以独立运行，因此对于解决边远地区的用电问题提供了现实可行性。
风力发电的科学原理是什么
风力发电的科学原理是什么风力发电是现在人们熟悉的发电方式，然而大部分单位人都不知道风力发电的一些原理。
下面为您精心推荐了风力发电的科学原理，希望对您有所帮助。
产生风能的源泉是太阳。
地球各处的空气因受太阳光照*，因为热情况不同而发生流动，便形成了风。
风看似来无影去无踪，其中却蕴藏着自然界取之不尽的一种能源。
专家估计，地球上可以被利用的风力资源如果全用来发电的话，比地球上利用的水电要大10倍。
风能分布广，可说是一种清洁能源。
不过，风能的利用也有一点制约，比如它的能量密度比较低，又很不稳定，要充分利用它需要比较复杂的技术。
从原理上说很容易理解，就是把电风扇原理“逆反”过来。
电风扇通电后，电机开始转动，带动扇叶转动产生“人造风”;风力发电正相反，是利用风吹动叶片驱动发电机来发电。
也就是说，电风扇是使电能转化成风能，而风力发电机则是使风能转变成电能。
风力发电的关键设备是风力发电机。
通常，风力发电机由风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件组成。
风轮的作用是捕捉风，将风能变为机械能。
它由气动*能优异的叶片装在轮毂上组成，叶片有单叶、双叶、三叶和多叶等形式，用得较多的为三叶式。
我们把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能，这就是风力发电。
风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。
这种风力发电机组，大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。
风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。
当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。
桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。
由于风轮的转速比较低，而且风力的大小和方向经常变化着，这又使转速不稳定;所以，在带动发电机之前，还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱，再加一个调速机构使转速保持稳定，然后再联接到发电机上。
为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率，还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。
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1.3.3 风电技术发展
技术发展主要在提高风能利用量（低风速、高海拔、 海上、大型化、变速恒频）、改善机组性能（提高寿 命、降低成本、适应恶劣气候、适应电网、智能监控、 完善标准）方面，具体体现在： 1、水平轴风电机组技术成为主流 2、风电机组单机容量持续增大 3、变桨变速功率调节技术得到广泛采用 4、双馈异步发电技术仍占主导地位 5、直驱式、全功率变流技术得到迅速发展 6、大型风电机组关键部件的性能日益提高
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能量
能量是物质运动的一种度量，也是物质存在的一 种形态，一般指其具有的做功能力。
目前，通常认为有以下六种能量形式：
机械能：动能： EV
1 2
mV
2
重力势能：EP mgh
热能：Eq
弹性势能：EK
m T2 CdT T1
1 2
KX 2
表面能：ES
S
电能：Ee UI
以及化学能、辐射能、核能。
标准名称 电工术语-风力发电机组 风力发电机组-安全要求 风力发电机组-功率特性试验 风力发电机组-1：通用技术条件 风力发电机组- 2：通用试验方法 风力发电机组-验收规范 风力发电机组-电能质量测量和评估方法 风力发电机组装配和安装规范 风力发电机组-控制器-技术条件 风力发电机组-控制器-试验方法 风力发电机组-异步发电机-1：技术条件 风力发电机组-异步发电机-2：试验方法 风力发电机组-齿轮箱 风力发电机组-塔架 风力发电机组-设计要求 风力发电机组-风轮叶片 风力发电机组-液压系统 风力发电机组-偏航系统-1：技术条件 风力发电机组-偏航系统-2：试验方法 风力发电机组-制动系统-1：技术条件 风力发电机组-制动系统-2：试验方法 滚动轴承 风力发电机轴承 风电场风能资源测量方法 风电场风能资源评估方法
表 1-8 并 网 型 风 力 发 电 机 组 的 部 分 相 关 标 准
标准代号 GB/T 2900.53-2001 GB/T 18451.1-2001 GB/T 18451.2-2003 GB/T 19960.1-2005 GB/T 19960.2-2005 GB/T 20319-2006 GB/T 20320-2006 GB/T 19568-2004 GB/T 19069-2003 GB/T 19070-2003 GB/T 19071.1-2003 GB/T 19071.2-2003 GB/T 19073-2003 GB/T 19072-2003 JB/T 10300-2001 JB/T 10194-2000 JB/T 10427-2004 JB/T 10425.1-2004 JB/T 10425.2-2004 JB/T 10426.1-2004 JB/T 10426.2-2004 JB/T 10705-2007 JB/T 18709-2002 JB/T 18710-2002
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第一章 绪论
地球上的能源与环境问题
随着生产力和生活水平提高，世界能源消耗迅速 增长——在20世纪，世界人口增长4倍，而能源 消耗增长16倍。
常规的化石能源储量有限，面临数量紧缺和价格 提高。
化石能源开发和燃烧利用加剧了人类和地球生物 生存环境的恶化。
出路是调整能源结构、开发利用清洁可再生能源。
丹麦 334 3497 2.2%
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据国家电网公司统计2011年并网风电装机容量5258万千瓦。
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1.2.3 风电发展概况（续）
我国规划的大型（千万千瓦、百万千瓦级）风电基地分布图
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1.3 风力发电技术与发展
1.3.1 机组类型
微型、小型、中型及大型风电机组 离网型风电机组和并网型风电机组 水平轴风电机组、垂直轴风电机组
发布时间 2005-1 1996-1 2009 2002 1998-2 2001-6
风力发电机组 第14部分：声功率级和音质
2005
风力发电机组 第21部分：电能质量测量和评估方 2001 法
风力发电系统-23：风轮叶片的全尺寸比例结构试 2001-4 验
风力发电系统-24:避雷装置
2002-7
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IEC 61400-23
IEC 61400-24
表1-7 IEC有关风电机组的部分标准
标准名 风力发电系统-1:设计要求 风力发电系统-2:小型风轮机的安全要求 风力发电系统-3:海上风电机组设计要求 风力发电机组 第11部分：噪声测量技术 风力发电系统-12:风轮机动力性能试验 风力发电系统-13：机械负载的测量
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28
1.4 风电相关标准
现代并网型风电相关的专业技术标准大致涉及以下 几方面： 风资源评估 风电机组设计与认证 风电场设计与运行
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1.4 风电相关标准（续）
国际电工委员会（IEC）标准
《风力发电系统-第一部分：设计要求》 《海上风电机组设计要求》
国外主要风电标准
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微型、小型、中型及大型风电机组
按照额定功率的大小，可以将风电机组分为： 1）微型风力发电机组：额定功率小于1KW。 2）小型风力发电机组：额定功率1KW～
99KW。 3）中型风力发电机组：额定功率100KW～
600KW。 4）大型风力发电机组：额定功率大于600KW。
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离网型风电机组和并网型风电机组
203500
74122 47693 59024
159213 120903 93930
0 2001
2002
2003
2004
2005 2006 年度
2007
2008
2009
2010
世界风电装机容量（来源：世界风能协会（WWEA）2009世界风能报告）
国家 当年装机 累计装机
比例
美国 9922 35159 22.1%
华北电力大学控制与计算机工程学院
风力发电原理
课程简介
第一章：绪论 第二章：风能及其转换原理 第三章：风力发电机组结构 第四章：风力发电机 第五章：风力发电机组的控制技术 第六章：垂直轴风力发电机组 第七章：离网风力发电系统
2
基本要求
了解风能及其利用 掌握大型并网风力发电机组的基本结构 掌握各部件的基本原理 了解风力发电技术发展
德国 《风能转换系统的认证准则 》 丹麦 《风机的载荷和安全标准 》 挪威 《海上风电机组结构设计标准》
中国主要风电标准
中国有现行风力机械标准59个，其中并网型风力发电机组标准21个， 离网型风力发电机组标准38个。
这些标准主要分为国家标准和行业标准两类。
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标准号 IEC 61400-1 IEC 61400-2 IEC 61400-3 IEC61400-11 IEC 61400-12 IEC 61400-13 IEC 61400-14 IEC61400-21
我国全年风速大于 3m/s的小时数的分布图
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1.2.2 我国风能资源（续）
中 国 有 效 风 能 分 布 图
区别
平均风速（米/每秒）
分布地区
丰富区 较丰富区 可利用区 贫乏区
＞6.5
东南沿海、山东半岛和辽东半岛、三北北部区、松花江下游区
5.5～6.5
东南沿海内陆和渤海沿海、三北南部区、青藏高原区
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1.2 中国风能资源与开发
1.2.1 风能特点
风能蕴藏量大、分布广。 风能是可再生能源。 风能利用基本没有对环境的直接污染和影响。 风能的能量密度低。 不同地区风能差异大。 风能具有不稳定性。
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1.2.2 我国风能资源
我国风能密度分布图
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1.2.2 我国风能资源（续）
流风力发电机，用来给家里的蓄电池充电。 1891——丹麦物理学家Poul La Cour建造了一台30KW左右的具有
现代意义的风力发电机组，发出直流电，用于制氢。 1926——德国科学家Albert Betz对风轮空气动力学进行了深入研
究，提出了“贝茨理论”，指出风能的最大利用率为59.3%，为现 代风电机组空气动力学设计奠定了基础。 1940——美国工程师Palmer Cosslett Putnam与S.Morgan Smith公司合作，制造出风电发展历史上第一个1250kW超大型的 Smith-Putnam风电机组。 1942——德国人Ulrich Huetter提出“叶素动量理论”。
中国
德国 西班牙 印度 意大利 法国
英国
13800 1880
2460
1338
1114
1117
897
26010 25777 19149 10925 4850
4521
4092
16.3% 16.2% 11.5% 6.8%
3.0%
2.8%
2.6%
2009年世界风电装机最多的十个国家（MW）
葡萄牙 673 3535 2.2%
我国风力发电始于20世纪70年代，80年代后研制并网机组。 8
1.1 风能利用及风力发电历史（续）
a) Brush的风电机组 b) Poul la Cour的风电机组 c) Smith-Putnam的风电机组
早期的风电机组
9
1.1 风能利用及风力发电历史（续）
a) 德国人Huetter建造的风电机组W-34 b) 丹麦人Johannes Juul建造风电机组Gedser 现代风电机组的先驱
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水平轴风力发电机组
水平轴风力发电机类型
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垂直轴风力发电机组
垂直轴风力发电机类型
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1.3.2 大型水平轴并网机组基本结构
目前在并网风力发电领域主要采用水平轴风电机组形式，其基本 结构包括由风轮、传动系统、发电机、控制与安全系统、偏航系 统、机舱、塔架和基础等组成。