风力发电的基本常识
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发布时间：2023-01-16 00:15
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时间：2023-09-27 02:18
地球表面大量空气流动所产生的动能.由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异，在水平方向高压空气向低压地区流动，即形成风.风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数.风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率，与风速的三次方和空气密度成正比关系.据估算，全世界的风能总量约1300亿千瓦，中国的风能总量约16亿千瓦.风能资源受地形的影响较大，世界风能资源多集中在沿海和开阔*的收缩地带，如美国的加利福尼亚州沿岸和北欧一些国家，中国的东南沿海、内蒙古、新疆和甘肃一带风能资源也很丰富.中国东南沿海及附近岛屿的风能密度可达300瓦/米2(W/m2)以上，3~20米/秒风速年累计超过6000小时 .内陆风能资源最好的区域 ，沿内蒙古至 新疆一带，风能密度也在200~300W/m2,3 ~20米/秒风速年累计5000~6000小时.这些地区适于发展风力发电和风力提水.新疆达坂城风力发电站1992年已装机5500千瓦，是中国最大的风力电站 在自然界中，风是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源.随着全球气候变暖和能源危机，各国都在加紧对风力的开发和利用，尽量减少二氧化碳等温室气体的排放，保护我们赖以生存的地球. 风能的利用主要是以风能作动力和风力发电两种形式，其中又以风力发电为主， 以风能作动力，就是利用风来直接带动各种机械装置，如带动水泵提水等这种风力发动机的优点是：投资少、工效高、经济耐用.目前，世界上约有一白多万台风力提水机在运转.澳大利亚的许多牧场，都设有这种风力提水机.在很多风力资源丰富的国家，科学家们还利用风力发动机铡草、磨面和加工饲料等. 利用风力发电，以丹麦应用最早，而且使用较普遍.丹麦岁只有500多万人口，却是世界风能发电大国和发电风轮生产大国，世界10大风轮生产厂家有5家在丹麦，世界60%以上的风轮制造厂都在使用丹麦的技术，是名副其实的“风车大国”. 截止到2006年底，世界风力发电总量居前3位的分别是德国、西班牙和美国，三国的风力发电总量占全球风力发电总量的60%. 此外，风力发电还逐渐走进居民住宅.在英国，迎风缓缓转动叶片的微型风能电机正在成为一种新景观.家庭安装微型风能发电设备，不但可以为生活提供电力，节约开支，还有利于环境保护.堪称世界“最环抱住宅”就是由英国著名环保组织“地球之友”的发起人马蒂·威廉历史5年建造成的，其住宅的迎风院墙前就矗立着一个扇状涡轮发电机，随着叶片的转动，不时将风能转化为电能. 我国风力资源丰富，可开发利用的风能储量为10亿千瓦.对风能的利用，特别是对我国沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网的农村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，具有十分重要的意义. 现在，无论是在广阔的草原，还是在杲杲的山岭，我们都会看到一座座能抗风暴袭击而稳定运行的风力发电站.每当大风来临，收集机就会自动调转方向，迎接风的犀利，任凭风力有多大，来势有多猛，它一概取之，转成电能储存起来，为人们提供电力.这样，即使在远离城市的乡村和牧场都可以用上电，过上幸福的生活. 风能的坏处1）风速不稳定，产生的能量大小不稳定 2）不是什么地方都可以利用风能，受地理位置*严重 3）风能的能量转换效率低 4）技术不成熟，还不能普及 5）风能是新型能源，响应的使用设备也不是很成熟 6）国家目前没有明确*要大力推广风能利用。
2.有关风力发电的知识
风力发电有这个专业，专业课一般有机械，电子，光电，空气动力学，机电一体化，电力，大气物理学，天文学，经典力学，系统工程。
风力发电知识-原理介绍
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。把风能转变为电能是风能利用中最基本的一种方式。风力发电机一般有风轮、发电机（包括装置）、调向器（尾翼）、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成
把风能转变为电能是风能利用中最基本的一种方式。风力发电机一般有风轮、发电机（包括装置）、调向器（尾翼）、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。风力发电机的工作原理比较简单，风轮在风力的作用下旋转，它把风的动能转变为风轮轴的机械能。发电机在风轮轴的带动下旋转发电。
风轮是集风装置，它的作用是把流动空气具有的动能转变为风轮旋转的机械能。一般风力发电机的风轮由2个或3个叶片构成。在风力发电机中，已采用的发电机有3种，即直流发电机、同步交流发电机和异步交流发电机。
风力发电机中调向器的功能是使风力发电机的风轮随时都迎着风向，从而能最大限度地获取风能。一般风力发电机几乎全部是利用尾翼来控制风轮的迎风方向的。尾翼的材料通常采用镀锌薄钢板。
限速安全机构是用来保证风力发电机运行安全的。限速安全机构的设置可以使风力发电机风轮的转速在一定的风速范围内保持基本不变。
塔架是风力发电机的支撑机构，稍大的风力发电机塔架一般采用由角钢或圆钢组成的桁架结构。风力机的输出功率与风速的大小有关。由于自然界的风速是极不稳定的，风力发电机的输出功率也极不稳定。风力发电机发出的电能一般是不能直接用在电器上的，先要储存起来。目前风力发电机用的蓄电池多为铅酸蓄电池。
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，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。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200W风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合使用，获得500W甚至1000W乃至更大的功率出。
3.风电包括什么
风力发电
二、功率特性 根据H型风力发电机的原理，风轮的转速上升速度提高较快（力矩上升速度快），它的发电功率上升速度也相应变快，发电曲线变得饱满（如下图）。在同样功率下，垂直轴风力发电机的额定风速较现有水平轴风力发电机要小，并且它在低风速运转时发电量也较大。 三、结构 由于此种设计结构采用了特殊空气洞力学原理、三角形向量法的连接方式以及直驱式结构的原理，使得风轮的受力主要集中于轮毂上，因此抗风能力较强；此种设计的特性还体现在对周围环境的影响上，运转时无噪音以及电磁干扰小等特点使得新型垂直轴风力发电机优越性非常明显。 垂直轴直线叶片永磁发电机风力发电电源系统结构图 附：现有垂直轴风力发电电源比较： 目前，生产该类型垂直轴风力发电电源系统产品最多的是日本（2002年开始研究），还有英国、加拿大等国目前也在研制中，这些国家的大部分产品在风轮设计当中采用平行连接杆，这种方式对发电机输出轴要求较高，并且结构相对复杂，现场安装程序也偏多。另外，从力学方面分析，H型垂直轴风力发电机功率越大、叶片越长、平行杆的中心点与发电机轴的中心点距离越长，抗风能力就越差，因此，MUCE采取的是三角形向量法，弥补了上述的一些缺点。 风机叶片是风力发电技术进步的关键核心 风力机部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。我国风机叶片行业的发展是伴随着风电产业及风电设备行业的发展而发展起来的。由于起步较晚，我国风机叶片最初主要是依靠进口来满足市场需求的。随着国内企业和科研院所的共同努力，我国风机叶片行业的供给能力迅速提升。 目前，我国风机叶片市场已经形成外资企业、民营企业、研究院所、上市公司等多元化的主体投资形式。外资企业主要有GE、LM、GAMESA、VESTAS等，国内企业以时代新材、中材科技、中航惠腾、中复连众为代表。截至到2008年5月，中国境内的风电机组叶片厂商共有31家。其中，已经进入批量生产阶段的公司有10家。2008年，已经批量生产的叶片公司生产能力为460万千瓦。预计2010年，这些叶片公司全部进入批量生产阶段后，综合生产能力将达到900万千瓦。
4.风力发电场需要掌握哪些知识
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。
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。（现在还有一些垂直风轮，s型旋转叶片等，其作用也与常规螺旋桨型叶片相同）
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。
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
5.风力发电资料
风能是一种可再生的清洁能源。
近30年来，国际上在风能的利用方面，无论是理论研究还是应用研究都取得了重大进步。风力发电技术日臻完善，并网型风力发电机单机额定功率最大已经到5MW，叶轮直径达到126m。
截止2005年世界装机容量已达58,982MW，风力发电量占全球电量的1%。中国成为亚洲风电产业发展的主要推动者之一，其总装机容量居世界第8位，2005年新增装机容量居世界第6位。
今后，国内外风力发电技术和产业的发展速度将明显加快。 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，将对国内外风力发电技术的现状和发展趋势进行论述。 风力发电基本知识编辑本段 1 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 （1）其中：单位时间质量流量m=ρAV(2)在实际中， （3）式中： PW-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，W; Cp-叶轮的风能利用系数； hm-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; he-发电机效率，一般为0.70-0.98; r-空气密度，kg/m3; A-风力发电机叶轮旋转一周所扫过的面积，m2; V-风速，m/s。
2 贝茨（Betz）理论 第一个关于风轮的完整理论是由德国哥廷根研究所的A·贝茨于1926年建立的。 贝茨假定风轮是理想的，也就是说没有轮毂，而叶片数是无穷多，并且对通过风轮的气流没有阻力。
因此这是一个纯粹的能量转换器。此外还进一步假设气流在整个风轮扫掠面上的气流是均匀的，气流速度的方向无论在风轮前后还是通过时都是沿着风轮轴线的。
通过分析一个放置在移动空气中的"理想"风轮得出风轮所能产生的最大功率为 （4）式中：Pmax-风轮所能产生的最大功率； -空气密度，kg/m3; A-风力发电机叶轮旋转一周所扫过的面积，m2; V-风速，m/s。 这个表达式称为贝茨公式。
其假定条件是风速与风轮轴方向一致并在整个风轮扫掠面上是均匀的。 将（4）式除以气流通过扫掠面A时风所具有的动能，可推得风力机的理论最大效率 贝兹（Betz）理论的极限值。
它说明，风力机从自然风中所能索取的能量是有限的，其功率损失部分可以解释为留在尾流中的旋转动能。 能量的转换将导致功率的下降，它随所采用的风力机和发电机的型式而异，因此，风力机的实际风能利用系数Cp<0.593[3]。
3 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。 式中：ρ-空气密度，kg/m3; h-当地大气压力，Pa; t-温度，℃。
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。 4 风力机的主要组成 1） 小型风力发电机 小型水平轴风力机主要组成部分有：风轮、发电机、塔架、调向机构、蓄能系统、逆变器等。
（1）风轮 风轮是风力机从风中吸收能量的部件，其作用是把空气流动的动能转变为风轮旋转的机械能。水平轴风力发电机的风轮是由1~3个叶片组成的。
叶片的结构形式多样，材料因风力机型号和功率大小而定，如木心外蒙玻璃钢叶片、玻璃纤维增强塑料树脂叶片等。 （2）发电机 在风力发电机中，已采用的发电机有3种，即直流发电机、同步交流发电机和异步交流发电机。
小型风力发电机多采用同步或异步交流发电机，发出的交流电通过整流装置转换成直流电。 （3）塔架 塔架用于支撑 发电机和调向机构等。
因风速随离地面的高度增加而增加，塔架越高，风轮单位面积捕捉的风能越多，但造价、安装费等也随之加大。 （4）调向机构 垂直轴风力机可接受任何方向吹来的风，因此不需要调向机构。
对于水平轴风力机，为了得到最高的风能利用效率，应用风轮的旋转面经常对准风向，需要对风装置。常用的调向机构主要有尾舵、舵轮、电动对风装置。
（5）限速机构 当风速高于风力机的设计风速时，为了防止叶片损坏，需要对风轮转速进行控制。 （6）贮能装置 贮能装置对独立运行的小型风力机是十分重要的。
其贮能方式有热能贮能、化学能贮存。 （7）逆变器 用于将直流电转换为交流电，以满足交流电气设备用电的要求。
2） 大型风力发电机 大型风力发电机组由两大部分组成：气动机械部分和电气部分。气动机械部分包括风轮、低速轴、增速齿轮箱、高速轴，其功能是驱动发电机转子，将风能转换为机械能。
电气部分包括异步发电。
6.风力发电是物理学中什么学知识
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；它由机头、转体、尾翼、叶片组成，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。
7.风力发电
风是一种潜力很大的新能源，人们也许还记得，十八世纪初，横扫英法两国的一次狂暴大风，吹毁了四百座风力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多条帆船，并有数千人受到伤害，二十五万株大树连根拔起。仅就拔树一事而论，风在数秒钟内就发出了一千万马力（即750万千瓦；一马力等于0.75千瓦）的功率！有人估计过，地球上可用来发电的风力资源约有100亿千瓦，几乎是现在全世界水力发电量的10倍。目前全世界每年燃烧煤所获得的能量，只有风力在一年内所提供能量的三分之一。因此，国内外都很重视利用风力来发电，开发新能源。
怎样利用风力来发电呢？
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。（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。（现在还有一些垂直风轮，s型旋转叶片等，其作用也与常规螺旋桨型叶片相同）
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。
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。
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。
