风力发电机结构及原理

风力发电机设计

前言

一、设计概况

1、风电的需求

2、世界风能开发现状及趋势

3、我国风电产业现状

4、小型风电在我国的应用前景

5、风能的特点及优缺点

6、风能的优缺点

二、结构图

风力发电机的结构

三、工作原理及过程

1、风力发电机原理

2、小型发电机发电原理

四、风电相关知识

风力发电机蓄电池的合理配置五、结论

一、设计概况

1、风电的需求

随着资源的日益枯竭和环境保护意识的加强，风力发电作为最具竞争力、最

有发展前景的一项可再生能源技术，在全球范围内得到了高度重视。

能源是支持世界经济发展的重要因素和战略资源，随着经济全球化与人口的不断增长，

能源需求日益增加，而地球上石油、天然气、煤炭这三种常规能源的日益枯竭和环境的持续

恶化使得人们一方面注重节能技术的开发与应用，另一方面则着力开发和利用清洁、高效、

可再生的能源。

风能作为一种可再生能源，具有施工简单、周期短、维护费用低、清洁无污染和不消耗任何

燃料等优点，其开发和利用可以减少环境污染、调整电力工业结构，应用于偏远地区还具有

成本优势。风力发电是最具竞争力、最有发展前景的一项可再生能源技术，将在能源供应中

发挥越来越重要的作用，因此在世界各国得到了广泛的开发和应用。

2、世界风能开发现状及趋势

全球风能资源丰富，约为2 . 74 ×109MW，可利用的风能约为2×107MW ，比上可开

发利用的水能总量大10 倍，而且几乎分布在所有的地区和国家。自从1973 年世界发生石

油危机以来，美国、西欧等发达国家为寻求替代化石燃料的能源，开创了风能利用的新时期。

80 年代开始建立示范风电场，成为电网新的电源；到了90 年代对环境保护的要求日益严

格，特别是要兑现减排CO2 等温室效应气体的承诺，风电的发展进一步加快。德国和丹麦

是老牌的风电大国，20 世纪90 年代几乎垄断着风机制造业；进入21 世纪，西班牙和印度

迅速成为后起之秀。

风力发电经历了从独立系统到并网系统的发展过程，大规模风力田的建设已成为发达国家风

电发展的主要形式，发电能力每增加一倍，成本就下降15％，近年来全世界风力发电装机

容量的年平均增长率均超过了30 ％。

3、我国风电产业现状

近年国际石油市场大幅波动，国内能源供应趋向紧张，能源价格也在不断攀升，严重影

响了我国国民经济的可持续发展。我国能源结构的不合理也造成了严重的煤烟型环境污染，

在气候变化和温室气体排放问题上承受着越来越大的国际压力。根据世界能源委员会的计

算，风电每提供1000 MW 的电量，便能减少600 顿CO2 的排放，将在很大程度上有助于

环境质量的改善。另外，根据世界银行专家从我国煤电与风电价格的变化趋势估计，风电价

格将从2005 年的0 . 55 元／千瓦时，下降到2020 年的0 . 4 元／千瓦时左右，而煤电价格

将从近年的0 . 35 元／千瓦时上升到0 . 4 元／千瓦时左右。由此看来，到2020 年，风电

将变成我国一种经济上很具竞争力的电力资源［2］。

我国发展风电的特点是：

( l ）在风力资源丰富、电网通达的地区，风力发电作为一种清洁的可再生能源，补充和逐

步替代部分常规能源，缓解电力供应紧张的现状，提高当地的环境质量，以发展大型风电场

为主；

( 2 ）在风力资源丰富或较丰富的边远无电、缺电地区，以发展小型或中型独立运行的风电

系统为主，利用风力发电解决边远地区的生活用电和部分生产用电。

4、小型风电在我国的应用前景

风电技术发展的趋势是单机容量不断增大，但与小容量发电系统相比，它们的造价及引

进费用非常昂贵，更受到风源条件的制约。而小型风机造价低廉、运输方便，可单独应用于

个别家庭和企业，如果将低价的小型风机并联起来使用，不但能满足负荷需求，还能节省费

用且更具灵活性。我国可以利用小型风力发电机的地方主要有

( l ）东南沿海各孤立的岛屿及农牧区和边远山区：这些偏远地区居民居住比较分散，

常规能源缺乏，用覆盖电网的方式供电成本较高或根本无法到达，但它们属风能资源丰富区，

用小型风力发电可以很好地解决用电困难问题。20 世纪80 年代，内蒙古小型户用风力发

电机组的推广应用，就很好地解决了大多数农牧民的用电问题，使他们的生活方式发生了质

的变化。

( 2 ）航运系统：如长江航运中的拖船，一般为100 一200t ，经常被搁置在江中间的

锚地上，用电主要靠蓄电池。使用风力发电机对蓄电池充电效果很好，这方面已有成功的经

验。另外，我国大小河流湖泊上的船舶数量惊人，可以用小型风力发电机来解决它们的照明、

收看电视、听广播等日常生活用电。

( 3 ）森林防火高山观察站：据林业部防火指挥部介绍，东北约有400 个观察站，西南

也有几百个高山观察站，各省市都有一些森林高山防火观察站，站上的工作人员从每年10

月到第二年4 、5 月的防火期期间昼夜在站上值勤，由于山高、道路狭窄崎岖、运输困难，

又不能使用明火，解决他们的生活用电颇为费神，使用小型风力发电机可以基本解决这一问

题。

( 4 ）城市路灯的光伏、风力互补系统：可节省能源、美化城市环境、减轻空气污染，

提高当地居民的生活质量等。

( 5 ）通风管道：将小型风力发电系统应用在各工厂的通风管道系统中，节能效果非常

显著。

5、风能的特点：

⑴风能是取之不尽，用之不竭的清洁，无污染，可再生能源。用它发电十分有利。与火力发电、燃油发电、核电相比它无需购買燃料，也无需支付运费，更无需对发电残渣,大气进行环保治理.风力发电是绿色能源.风力发电是财神爺。风来、发电、生财。风是财富。风是大自然对人类的无私奉献。

⑵风力发电有很強的地域性。不是任何地方都可以建站的。它必須建在风力资源丰富的地方。即风速大、持续时间长。风力资源大小与地势、地貌有关,山口、海岛常是优选地址。如新彊达板城、年平均风速6。2米/秒，内蒙古辉腾锡勒，年平均风速为7。2米/秒，江西鄱阳湖，年平均风速7。6米/秒，河北张北，年平均风速6。8米/秒，辽宁东港，年平均风速6。7米/秒，广东南澳，年平均风速8。5米/秒，福建平潭岛全县年平均风速8。4米/秒，平潭县海潭岛，年平均风速为8。5米/秒，年可发电风时数为3343小时，为目前中国之冠。（以上数字引自“全国风力发电信息中心的并网风电场介绍”）。南海的南沙群岛，该岛一年连续刮六级以上大风有160天。在我国這样的地方还有许多许多正等待我们去探索、发现。

⑶风的季节性，决定了風力发电在整个电网中处于＂配角″地位。对它的使用有三种运行方式：

A:能源利用：风力发电机,机群并网运行。有风发电，电能送入电网。无风不发电。

B:无电网的高山，海岛，牧区:风力发电机与柴油发电机并联运行。有风时风力发电,无风时柴油发电机犮电。对用户来説时时都有电。

C:同上无电网地区，要求不使用柴油发电，时时有电供应:採用蓄电池儲能的AC-DC-AC，即交，直，交风力发电系统。也就是有风时,风力发电机发出交流电,经整流为直流电对蓄电池充电。再利用电力电子器件制造的＂逆变器″将蓄电池中的直流电转化为三相恒频恒压的交流电。这种系统多用在高山雷达站、微波中继站，海洋灯塔,航标灯场合。

6、风能的优缺点