风能发电原理解析

【专家解说】：

风能是清洁能源之一，取之不尽用之不竭，风力发电前景光明。那么，究竟是怎样把风能转化为电能，供人们使用的呢？风能发电原理是什么呢？

　　风能发电原理解析

　　一、风力发电机分类

　　根据风力发电机旋转轴的区别，风力发电机可以分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。水平轴风力发电机是旋转轴与叶片垂直，一般与地面平行，旋转轴处于水平的风力发电机。垂直轴风力发电机则是旋转轴与叶片平行，一般与地面垂直，旋转轴处于垂直的风力发电机。

　　根据定桨矩失速型风机和变速恒频变桨矩风机的特点，国内目前装机的电机一般分为两类：

　　1、异步型
　　（1）笼型异步发电机：功率为600/125kW、750kW、800kW、1250180kW定子向电网输送不同功率的50Hz交流电；

　　（2）绕线式双馈异步发电机：功率为1500kW定子向电网输送50Hz交流电，转子由变频器控制，向电网间接输送有功或无功功率。

　　2、同步型
　　（1）永磁同步发电机：功率为750kW、1200kW、1500kW，由永磁体产生磁场，定子输出经全功率整流逆变后向电网输送50Hz交流电；

　　（2）电励磁同步发电机：由外接到转子上的直流电流产生磁场，定子输出经全功率整流逆变后向电网输送50Hz交流电。

　　二、风能发电原理

　　把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。风力发电的原理，是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，大约是每秒三米的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。 风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。

　　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。风力发电的原理，是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。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。（大型风力发电站基本上没有尾舵，一般只有小型（包括家用型）才会拥有尾舵）。

　　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。当风吹向桨叶时，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，这使转速不稳定；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。

　　铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。它一般修建得比较高，为的是获得较大的和较均匀的风力，又要有足够的强度。铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况，以及风轮的直径大小而定，一般在6-20米范围内。

　　发电机的作用，是把由风轮得到的恒定转速，通过升速传递给发电机构均匀运转，因而把机械能转变为电能。

　　那么，多大的风力才可以发电呢?

　　一般说来，3级风就有利用的价值。但从经济合理的角度出发，风速大于每秒4米才适宜于发电。据测定，一台55千瓦的风力发电机组，当风速每秒为9.5米时，机组的输出功率为55千瓦；当风速每秒8米时，功率为38千瓦；风速每秒为6米时，只有16千瓦；而风速为每秒5米时，仅为9.5千瓦。可见风力愈大，经济效益也愈大。

　　风力发电正在世界上形成一股热潮，为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。在我国，现在已有不少成功的中、小型风力发电装置在运转。我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大；有的地方，一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区，风力发电产业的发展前景是光明的。

　　风力发电机由于风量不稳定，所以它输出的是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，才能保证电能稳定使用。