新能源與分布式發(fā)電技術(shù)03風(fēng)能與風(fēng)力發(fā)電

1、新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 第第3 3講講 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 關(guān)注的問題關(guān)注的問題 風(fēng)是最常見的自然現(xiàn)象之一。風(fēng)是怎樣形成的？風(fēng)是最常見的自然現(xiàn)象之一。風(fēng)是怎樣形成的？ 人類何時(shí)開始懂得對(duì)風(fēng)能的利用？又是如何利用的？人類何時(shí)開始懂得對(duì)風(fēng)能的利用？又是如何利用的？ 風(fēng)力發(fā)電的原理是怎樣的？風(fēng)力發(fā)電的設(shè)備什么樣？風(fēng)力發(fā)電的原理是怎樣的？風(fēng)力發(fā)電的設(shè)備什么樣？ 風(fēng)力發(fā)電能達(dá)到什么樣的規(guī)模？發(fā)展?fàn)顩r如何？風(fēng)力發(fā)電能達(dá)到什么樣的規(guī)模？發(fā)展?fàn)顩r如何？ 教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 了解風(fēng)資源情況和風(fēng)能利用的發(fā)展歷史，了解風(fēng)資源情況和風(fēng)能利用的發(fā)展歷史， 掌握風(fēng)力發(fā)電的基本原理和主要

2、設(shè)備，掌握風(fēng)力發(fā)電的基本原理和主要設(shè)備， 理解風(fēng)力發(fā)電的重要意義和發(fā)展前景。理解風(fēng)力發(fā)電的重要意義和發(fā)展前景。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.1 風(fēng)能利用的歷史風(fēng)能利用的歷史 人類利用風(fēng)能的歷史，至少可以追溯到人類利用風(fēng)能的歷史，至少可以追溯到50005000多年多年以前。以前。 埃及埃及可能是可能是最先利用風(fēng)能最先利用風(fēng)能的國家。的國家。 趣聞：風(fēng)能與金字塔趣聞：風(fēng)能與金字塔（見教材見教材） 2000多年多年以前，人類開始利用風(fēng)的力量進(jìn)行生產(chǎn)，例如靠以前，人類開始利用風(fēng)的力量進(jìn)行生產(chǎn)，例如靠 風(fēng)力帶動(dòng)簡易裝置來碾米磨面、引水灌溉。風(fēng)力帶動(dòng)簡易裝置來碾米磨

3、面、引水灌溉。 公元前幾百年公元前幾百年，亞洲的，亞洲的巴比倫人巴比倫人、波斯人波斯人也開始利用風(fēng)能。也開始利用風(fēng)能。 公元公元10世紀(jì)世紀(jì)，伊斯蘭人伊斯蘭人開始用風(fēng)車提水。到開始用風(fēng)車提水。到11世紀(jì)，風(fēng)車世紀(jì)，風(fēng)車 在中東地區(qū)已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用。在中東地區(qū)已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.1 風(fēng)能利用的歷史風(fēng)能利用的歷史 12世紀(jì)世紀(jì)，風(fēng)車的概念和設(shè)計(jì)，風(fēng)車的概念和設(shè)計(jì)從中東傳入歐洲從中東傳入歐洲。 荷蘭人發(fā)明了水平轉(zhuǎn)軸荷蘭人發(fā)明了水平轉(zhuǎn)軸的塔形風(fēng)車，并且很快風(fēng)靡北歐。的塔形風(fēng)車，并且很快風(fēng)靡北歐。 唐吉訶德大戰(zhàn)風(fēng)車的故事聽說過吧？唐

4、吉訶德大戰(zhàn)風(fēng)車的故事聽說過吧？（教材引例故事教材引例故事） 除了磨面、榨油、造紙、鋸木等生產(chǎn)作業(yè)之外，除了磨面、榨油、造紙、鋸木等生產(chǎn)作業(yè)之外， 在比利時(shí)等在比利時(shí)等地勢(shì)較低國家還用風(fēng)車來排水地勢(shì)較低國家還用風(fēng)車來排水。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.1 風(fēng)能利用的歷史風(fēng)能利用的歷史 至少在至少在3000年以前年以前，我國就出現(xiàn)了帆船我國就出現(xiàn)了帆船。 中國最輝煌的風(fēng)帆時(shí)代是明代，中國最輝煌的風(fēng)帆時(shí)代是明代，鄭和下西洋鄭和下西洋，龐大的風(fēng)帆，龐大的風(fēng)帆 船（船（見教材見教材）在那幾次舉世聞名的航行中功不可沒。鄭和）在那幾次舉世聞名的航行中功不可沒。鄭和 的

5、的“準(zhǔn)環(huán)球準(zhǔn)環(huán)球”旅行，比西方的哥倫布和麥哲倫早了好幾百旅行，比西方的哥倫布和麥哲倫早了好幾百 年。年。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.1 風(fēng)能利用的歷史風(fēng)能利用的歷史 公元前數(shù)世紀(jì)我國人民就開始利用風(fēng)力提水、灌溉、磨面、公元前數(shù)世紀(jì)我國人民就開始利用風(fēng)力提水、灌溉、磨面、 舂米等。舂米等。 1300多年前宋代多年前宋代的一種垂直軸的一種垂直軸“走馬燈式走馬燈式” ，一直沿用到，一直沿用到 新中國成立（新中國成立（見教材見教材）。）。 中國沿海沿江地區(qū)的中國沿海沿江地區(qū)的風(fēng)力提水灌溉或制鹽風(fēng)力提水灌溉或制鹽的做法，曾經(jīng)非的做法，曾經(jīng)非 常盛行，僅在江蘇沿海

6、利用風(fēng)力的設(shè)備就曾多達(dá)常盛行，僅在江蘇沿海利用風(fēng)力的設(shè)備就曾多達(dá)。 我國使用最廣泛的是我國使用最廣泛的是“斜桿式斜桿式”風(fēng)車風(fēng)車，直到今天，沿海地，直到今天，沿海地 區(qū)農(nóng)田和鹽場(chǎng)中區(qū)農(nóng)田和鹽場(chǎng)中仍有上千臺(tái)仍有上千臺(tái)之多。之多。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.2 風(fēng)和風(fēng)資源風(fēng)和風(fēng)資源 3.2.1 風(fēng)的形成風(fēng)的形成 地球轉(zhuǎn)動(dòng)，地表的地形差異，以及云層遮擋和太陽輻射角度的地球轉(zhuǎn)動(dòng)，地表的地形差異，以及云層遮擋和太陽輻射角度的 差別，使地面受熱不均。差別，使地面受熱不均。 不同地區(qū)的不同地區(qū)的溫差溫差和空氣中和空氣中水蒸汽含量水蒸汽含量不同，形成不同的氣壓區(qū)。不同

7、，形成不同的氣壓區(qū)。 空氣從高氣壓區(qū)域向低氣壓區(qū)域的自然流動(dòng)，稱為空氣從高氣壓區(qū)域向低氣壓區(qū)域的自然流動(dòng)，稱為大氣運(yùn)動(dòng)大氣運(yùn)動(dòng)。 在氣象學(xué)上，一般把在氣象學(xué)上，一般把垂直方向的大氣運(yùn)動(dòng)稱為垂直方向的大氣運(yùn)動(dòng)稱為氣流氣流，水平方向，水平方向 的大氣運(yùn)動(dòng)就是的大氣運(yùn)動(dòng)就是風(fēng)風(fēng)。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.2.1 風(fēng)的形成風(fēng)的形成 按照形成原因，風(fēng)有信風(fēng)、海陸風(fēng)和山谷風(fēng)等。按照形成原因，風(fēng)有信風(fēng)、海陸風(fēng)和山谷風(fēng)等。 （1）信風(fēng)信風(fēng) 赤道附近氣溫高，熱氣上升；兩極氣溫低，冷氣下赤道附近氣溫高，熱氣上升；兩極氣溫低，冷氣下 降，相互填補(bǔ)空缺降，相互填補(bǔ)空缺 ，冷

8、空氣在地面附近從兩極流向赤道，冷空氣在地面附近從兩極流向赤道(高空高空 反之反之)。地球自西向東轉(zhuǎn)，北半球東北風(fēng)，南半球東南風(fēng)。地球自西向東轉(zhuǎn)，北半球東北風(fēng)，南半球東南風(fēng)。 （2）海陸風(fēng)海陸風(fēng) 海洋熱容量大。白天日照下陸地溫度比海面高，海洋熱容量大。白天日照下陸地溫度比海面高， 熱空氣上升，海面冷空氣在地表附近流向陸地，這就是海風(fēng)。熱空氣上升，海面冷空氣在地表附近流向陸地，這就是海風(fēng)。 夜間，陸地比海洋冷卻得快，形成流向海洋的陸風(fēng)。夜間，陸地比海洋冷卻得快，形成流向海洋的陸風(fēng)。 （3）山谷風(fēng)山谷風(fēng) 白天山坡朝陽面受熱較多，空氣上升；低凹處受白天山坡朝陽面受熱較多，空氣上升；低凹處受 熱少，冷空

9、氣從山谷流向山坡，形成谷風(fēng)。夜間，山坡降溫幅熱少，冷空氣從山谷流向山坡，形成谷風(fēng)。夜間，山坡降溫幅 度大，冷空氣則沿山坡向下流動(dòng)，形成山風(fēng)。度大，冷空氣則沿山坡向下流動(dòng)，形成山風(fēng)。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.2.1 風(fēng)的形成風(fēng)的形成 一般，在晴朗而且晝夜溫差較大的沿海地區(qū)，一般，在晴朗而且晝夜溫差較大的沿海地區(qū)，白天吹來海風(fēng)白天吹來海風(fēng)， 夜晚夜晚則有則有陸風(fēng)吹向海上陸風(fēng)吹向海上。 在山區(qū)，在山區(qū)，白天谷風(fēng)從谷底向山上吹白天谷風(fēng)從谷底向山上吹，晚上山風(fēng)從山上向山下吹晚上山風(fēng)從山上向山下吹。 大陸與海洋的熱容量差別，還會(huì)形成季節(jié)性的氣壓變化。以中大陸與海

10、洋的熱容量差別，還會(huì)形成季節(jié)性的氣壓變化。以中 國的國的華北地區(qū)華北地區(qū)為例，冬季內(nèi)陸氣溫低，多形成高氣壓區(qū)，空氣為例，冬季內(nèi)陸氣溫低，多形成高氣壓區(qū)，空氣 流向東南方向的海洋低氣壓區(qū)，所以在流向東南方向的海洋低氣壓區(qū)，所以在冬季多刮西北風(fēng)冬季多刮西北風(fēng)。而。而夏夏 季正好相反季正好相反，我國大部分地區(qū)常刮東南風(fēng)。，我國大部分地區(qū)常刮東南風(fēng)。 。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.2.2 風(fēng)的描述風(fēng)的描述 （1）風(fēng)向風(fēng)向 就是風(fēng)吹來的方向。例如，南風(fēng)。就是風(fēng)吹來的方向。例如，南風(fēng)。 早在商代，就有對(duì)風(fēng)向的定義和觀測(cè)，早在商代，就有對(duì)風(fēng)向的定義和觀測(cè)，見教材見教

11、材 （2）風(fēng)速風(fēng)速 就是單位時(shí)間內(nèi)空氣在水平方向上移動(dòng)的距離。就是單位時(shí)間內(nèi)空氣在水平方向上移動(dòng)的距離。 通常指一段時(shí)間內(nèi)的風(fēng)速的算術(shù)平均值。通常指一段時(shí)間內(nèi)的風(fēng)速的算術(shù)平均值。 （3）風(fēng)能和風(fēng)能密度風(fēng)能和風(fēng)能密度 風(fēng)中流動(dòng)的空氣所具有的能量，稱為風(fēng)能。風(fēng)中流動(dòng)的空氣所具有的能量，稱為風(fēng)能。 風(fēng)能密度，就是單位面積上流過的風(fēng)能。風(fēng)能密度，就是單位面積上流過的風(fēng)能。 23 11 22 EmvSv 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.2.3 世界風(fēng)資源世界風(fēng)資源 有專家估計(jì)，地球上的風(fēng)能，大約是目前全世界能源總消耗量有專家估計(jì)，地球上的風(fēng)能，大約是目前全世界能源總消

12、耗量 的的100倍倍，相當(dāng)于，相當(dāng)于萬億噸煤萬億噸煤蘊(yùn)藏的能量。蘊(yùn)藏的能量。 據(jù)據(jù)世界氣象組織世界氣象組織估計(jì)，全球大氣中蘊(yùn)藏的總的風(fēng)能功率約為估計(jì)，全球大氣中蘊(yùn)藏的總的風(fēng)能功率約為 1014 MW，其中可被開發(fā)利用的風(fēng)能約有，其中可被開發(fā)利用的風(fēng)能約有MW。 全球的風(fēng)能折算為電能，相當(dāng)于全球的風(fēng)能折算為電能，相當(dāng)于2.74萬億度萬億度，其中可利用的相，其中可利用的相 當(dāng)于當(dāng)于億度電億度電。 地球地球1.07億平方公里的陸地表面，億平方公里的陸地表面，平均風(fēng)速高于平均風(fēng)速高于5m/s（距地面（距地面 10m高處）的高處）的面積約占面積約占27%。 據(jù)分析，其中只有據(jù)分析，其中只有4左右左右的面

13、積有的面積有可能安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)可能安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)。以。以 目前的技術(shù)水平，目前的技術(shù)水平，每平方公里的風(fēng)能發(fā)電量為每平方公里的風(fēng)能發(fā)電量為330千瓦千瓦左右，左右， 平均平均每年發(fā)電量每年發(fā)電量的合理估計(jì)為的合理估計(jì)為萬度萬度左右。左右。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.2.4 我國風(fēng)資源我國風(fēng)資源 研究表明，全國研究表明，全國平均風(fēng)能密度約為平均風(fēng)能密度約為100W/m2，全國風(fēng)能總儲(chǔ)量，全國風(fēng)能總儲(chǔ)量 約約48億兆瓦，億兆瓦， 陸上和近海區(qū)域陸上和近海區(qū)域10米高度米高度可開發(fā)風(fēng)能資源儲(chǔ)量約為可開發(fā)風(fēng)能資源儲(chǔ)量約為10億千瓦億千瓦， 其中其中有很好開發(fā)利

14、用價(jià)值的陸上風(fēng)資源大約有有很好開發(fā)利用價(jià)值的陸上風(fēng)資源大約有千瓦千瓦。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.2.4 我國風(fēng)資源我國風(fēng)資源 中國氣象局風(fēng)能太陽能資源評(píng)估中心，公布了中國氣象局風(fēng)能太陽能資源評(píng)估中心，公布了 全國全國平均風(fēng)速分布平均風(fēng)速分布和和有效風(fēng)功率密度分布有效風(fēng)功率密度分布情況，參見教材圖情況，參見教材圖 3.4和圖和圖3.5。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.3 風(fēng)力機(jī)的種類風(fēng)力機(jī)的種類 各種類型的風(fēng)力機(jī)，都至少包括葉片（有些稱為槳葉）、各種類型的風(fēng)力機(jī)，都至少包括葉片（有些稱為槳葉）、 輪轂、轉(zhuǎn)軸、支架（

15、有些稱為塔架）等部分。其中由葉片輪轂、轉(zhuǎn)軸、支架（有些稱為塔架）等部分。其中由葉片 和輪轂等構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)部分又稱為和輪轂等構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)部分又稱為風(fēng)輪風(fēng)輪。 按轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向的關(guān)系，風(fēng)力機(jī)大體上可分為兩類：按轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向的關(guān)系，風(fēng)力機(jī)大體上可分為兩類： 水平軸風(fēng)力機(jī)水平軸風(fēng)力機(jī)（風(fēng)輪的（風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向平行旋轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向平行）；）； 垂直軸風(fēng)力機(jī)垂直軸風(fēng)力機(jī)（風(fēng)輪的（風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面或氣流方向旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面或氣流方向）。）。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.3.1 水平軸風(fēng)力機(jī)水平軸風(fēng)力機(jī) (1)荷蘭式風(fēng)力機(jī)荷蘭式風(fēng)力機(jī) 12世紀(jì)初世紀(jì)初荷蘭人荷蘭人發(fā)明，曾在歐

16、洲發(fā)明，曾在歐洲(荷、比、西等國荷、比、西等國)廣泛使用。廣泛使用。 這可能是出現(xiàn)這可能是出現(xiàn)最早的水平軸風(fēng)力機(jī)最早的水平軸風(fēng)力機(jī)。 荷蘭風(fēng)車有兩種形式，詳見教材。荷蘭風(fēng)車有兩種形式，詳見教材。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.3.1 水平軸風(fēng)力機(jī)水平軸風(fēng)力機(jī) (2)螺旋槳式風(fēng)力機(jī)螺旋槳式風(fēng)力機(jī) 螺旋槳式水平軸風(fēng)力機(jī)目前螺旋槳式水平軸風(fēng)力機(jī)目前技術(shù)最成熟技術(shù)最成熟、生產(chǎn)量最多生產(chǎn)量最多。 其翼型與飛機(jī)的翼型類似，一般多為雙葉片或三葉片，也有少其翼型與飛機(jī)的翼型類似，一般多為雙葉片或三葉片，也有少 量用單葉片或四葉片以上的。量用單葉片或四葉片以上的。 新能源與

17、分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.3.1 水平軸風(fēng)力機(jī)水平軸風(fēng)力機(jī) (3)多翼式風(fēng)力機(jī)多翼式風(fēng)力機(jī) 也叫也叫多葉式多葉式風(fēng)力機(jī)，一般裝有風(fēng)力機(jī)，一般裝有20枚左右的葉片，是典型的枚左右的葉片，是典型的低轉(zhuǎn)低轉(zhuǎn) 速大扭矩速大扭矩風(fēng)力機(jī)。風(fēng)力機(jī)。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.3.1 水平軸風(fēng)力機(jī)水平軸風(fēng)力機(jī) (4)離心甩出式風(fēng)力機(jī)離心甩出式風(fēng)力機(jī) 是一種是一種不直接利用自然風(fēng)不直接利用自然風(fēng)的獨(dú)特設(shè)計(jì)。的獨(dú)特設(shè)計(jì)。 采用空心葉片。采用空心葉片。 結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，通道內(nèi)空氣流動(dòng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，通道內(nèi)空氣流動(dòng)的 摩擦損失大摩擦損失大，總體

18、效率很低總體效率很低。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.3.1 水平軸風(fēng)力機(jī)水平軸風(fēng)力機(jī) (5)透平式風(fēng)力機(jī)透平式風(fēng)力機(jī) 也叫也叫渦輪式渦輪式風(fēng)力機(jī)，其結(jié)構(gòu)形式燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)類似，由風(fēng)力機(jī)，其結(jié)構(gòu)形式燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)類似，由 靜葉片和動(dòng)葉片靜葉片和動(dòng)葉片組成。組成。 這種風(fēng)力機(jī)的這種風(fēng)力機(jī)的葉片短葉片短，強(qiáng)度高強(qiáng)度高，尤其，尤其適用于強(qiáng)風(fēng)場(chǎng)合適用于強(qiáng)風(fēng)場(chǎng)合，例如南，例如南 極和北極地區(qū)。極和北極地區(qū)。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.3.1 水平軸風(fēng)力機(jī)水平軸風(fēng)力機(jī) (5)壓縮風(fēng)能型風(fēng)力機(jī)壓縮風(fēng)能型風(fēng)力機(jī) 是一種特殊

19、設(shè)計(jì)的風(fēng)力機(jī)，是一種特殊設(shè)計(jì)的風(fēng)力機(jī)，圖見教材圖見教材， 利用裝在葉輪外面的集風(fēng)器或擴(kuò)散筒，利用裝在葉輪外面的集風(fēng)器或擴(kuò)散筒， 提高經(jīng)過風(fēng)輪的空氣密度提高經(jīng)過風(fēng)輪的空氣密度， 或者或者增加風(fēng)輪兩側(cè)的氣壓差增加風(fēng)輪兩側(cè)的氣壓差， 從而提高風(fēng)能吸收的效果。從而提高風(fēng)能吸收的效果。 還有還有安裝和成本上的問題安裝和成本上的問題需要解決。需要解決。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.3.2 垂直軸風(fēng)力機(jī)垂直軸風(fēng)力機(jī) (1)薩布紐斯式（薩布紐斯式（S式）風(fēng)力機(jī)式）風(fēng)力機(jī) 芬蘭工程師薩布紐斯發(fā)明，我國簡稱為芬蘭工程師薩布紐斯發(fā)明，我國簡稱為S式。式。 通常由兩枚半圓筒形的

20、葉片所構(gòu)成，也有用通常由兩枚半圓筒形的葉片所構(gòu)成，也有用34枚的。主要靠枚的。主要靠 兩側(cè)葉片的阻力差驅(qū)動(dòng)，能兩側(cè)葉片的阻力差驅(qū)動(dòng)，能產(chǎn)生很大的扭矩產(chǎn)生很大的扭矩。 但是能夠提供的但是能夠提供的功率輸出較低功率輸出較低， 效率最大不超過效率最大不超過10%。 為提高效率，可多層重疊（為提高效率，可多層重疊（圖見教材圖見教材） 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.3.2 垂直軸風(fēng)力機(jī)垂直軸風(fēng)力機(jī) (2)達(dá)里厄型（達(dá)里厄型（D式）風(fēng)力機(jī)式）風(fēng)力機(jī) 法國工程師達(dá)里厄發(fā)明。法國工程師達(dá)里厄發(fā)明。 常見有常見有、H形結(jié)構(gòu)等（形結(jié)構(gòu)等（圖見教材）圖見教材）。 有有較高的功率

21、輸出較高的功率輸出，不過它的，不過它的起動(dòng)扭矩低起動(dòng)扭矩低。 裝置簡單，成本也比較低，裝置簡單，成本也比較低， 是是水平軸風(fēng)力機(jī)的主要競(jìng)爭(zhēng)者水平軸風(fēng)力機(jī)的主要競(jìng)爭(zhēng)者。 (3) S式和式和D式組合風(fēng)力機(jī)式組合風(fēng)力機(jī) 把把輸出性能好的輸出性能好的D式式風(fēng)力機(jī)和風(fēng)力機(jī)和啟動(dòng)性能好的啟動(dòng)性能好的S式式風(fēng)力機(jī)風(fēng)力機(jī)組合組合 在一起使用（在一起使用（圖見教材圖見教材），可以兼顧輸出能力、起動(dòng)力矩），可以兼顧輸出能力、起動(dòng)力矩 和成本。和成本。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.3.2 垂直軸風(fēng)力機(jī)垂直軸風(fēng)力機(jī) (4)旋轉(zhuǎn)渦輪式風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)渦輪式風(fēng)力機(jī) 靠壓差推動(dòng)靠壓差推動(dòng)的

22、橫流式風(fēng)力機(jī)，其原理受通風(fēng)機(jī)的啟發(fā)演變的橫流式風(fēng)力機(jī)，其原理受通風(fēng)機(jī)的啟發(fā)演變 而得。教材給出了一種多葉型旋轉(zhuǎn)渦輪式風(fēng)力機(jī)的照片。而得。教材給出了一種多葉型旋轉(zhuǎn)渦輪式風(fēng)力機(jī)的照片。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜價(jià)格也較高結(jié)構(gòu)復(fù)雜價(jià)格也較高，有些能改變槳距，有些能改變槳距，起動(dòng)性能好起動(dòng)性能好，能，能 保持一定的轉(zhuǎn)速，保持一定的轉(zhuǎn)速，效率極高效率極高。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.3.2 垂直軸風(fēng)力機(jī)垂直軸風(fēng)力機(jī) (5)美格勞斯效應(yīng)風(fēng)力機(jī)美格勞斯效應(yīng)風(fēng)力機(jī) 美格勞斯效應(yīng)風(fēng)力機(jī)由自旋的圓柱體組成，在氣流中工作時(shí)，美格勞斯效應(yīng)風(fēng)力機(jī)由自旋的圓柱體組成，在氣流中工作時(shí)， 產(chǎn)生的產(chǎn)生

23、的移動(dòng)力由美格勞斯效應(yīng)（移動(dòng)力由美格勞斯效應(yīng)（參見教材參見教材）引起）引起，大小與風(fēng)速，大小與風(fēng)速 成正比。在大的成正比。在大的圓形軌道上移動(dòng)的小車圓形軌道上移動(dòng)的小車上裝上回轉(zhuǎn)的圓筒，由上裝上回轉(zhuǎn)的圓筒，由 風(fēng)力驅(qū)動(dòng)小車，用裝在風(fēng)力驅(qū)動(dòng)小車，用裝在小車軸上的發(fā)電機(jī)發(fā)電小車軸上的發(fā)電機(jī)發(fā)電。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.4 水平軸風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理水平軸風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理 3.4.1 水平軸風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)水平軸風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu) 目前目前應(yīng)用較多的應(yīng)用較多的是是水平軸風(fēng)力機(jī)水平軸風(fēng)力機(jī)，且多用，且多用螺旋槳型葉片螺旋槳型葉片。 水平軸風(fēng)力機(jī)主要包括水平軸風(fēng)力機(jī)主

24、要包括風(fēng)輪風(fēng)輪、塔架塔架、機(jī)艙機(jī)艙等部分。等部分。 風(fēng)輪風(fēng)輪是由輪轂及安裝于是由輪轂及安裝于輪轂輪轂上的若干上的若干葉片葉片(槳葉槳葉)組成，是風(fēng)組成，是風(fēng) 力機(jī)捕獲風(fēng)能的部件；力機(jī)捕獲風(fēng)能的部件； 塔架塔架是風(fēng)力機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)；是風(fēng)力機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)； 機(jī)艙機(jī)艙內(nèi)集中放置調(diào)向裝置、內(nèi)集中放置調(diào)向裝置、 控制裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、發(fā)電機(jī)等?？刂蒲b置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、發(fā)電機(jī)等。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.4.2 水平軸風(fēng)力機(jī)的原理水平軸風(fēng)力機(jī)的原理 翼型及其受力翼型及其受力 在與飛行器設(shè)計(jì)有關(guān)的空氣動(dòng)力學(xué)中，在與飛行器設(shè)計(jì)有關(guān)的空氣動(dòng)力學(xué)中，升力是促使飛行器飛離升力是促使

25、飛行器飛離 地面的力地面的力，因而被稱為升力。，因而被稱為升力。 當(dāng)當(dāng)攻角為攻角為0時(shí)，升力最小時(shí)，升力最小。當(dāng)氣流方向與物體表面垂直時(shí)，物。當(dāng)氣流方向與物體表面垂直時(shí)，物 體受到的阻力最大。體受到的阻力最大。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.4.2 水平軸風(fēng)力機(jī)的原理水平軸風(fēng)力機(jī)的原理 伯努利效應(yīng)伯努利效應(yīng) 空氣的空氣的壓力與氣流的速度有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系壓力與氣流的速度有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，流速越快，壓力流速越快，壓力 越低越低，這種現(xiàn)象叫作，這種現(xiàn)象叫作伯努利效應(yīng)伯努利效應(yīng)。 翼型上表面凸起部分的氣流較快，上表面的空氣壓力比下表面翼型上表面凸起部分的氣流較快，

26、上表面的空氣壓力比下表面 明顯要低，從而對(duì)翼型物體產(chǎn)生向上的明顯要低，從而對(duì)翼型物體產(chǎn)生向上的“吸入吸入”作用，增大升作用，增大升 力。力。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.4.2 水平軸風(fēng)力機(jī)的原理水平軸風(fēng)力機(jī)的原理 槳距（節(jié)距角）槳距（節(jié)距角） 攻角與葉片的安裝角度有關(guān)攻角與葉片的安裝角度有關(guān)。葉片的安裝角稱為葉片的安裝角稱為節(jié)距角節(jié)距角，有時(shí)，有時(shí) 也稱之為也稱之為槳距槳距，常用字母，常用字母表示表示。 當(dāng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片在垂直于氣流方向的方向上也與氣流有相當(dāng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片在垂直于氣流方向的方向上也與氣流有相 對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而實(shí)際的攻角對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而實(shí)際的

27、攻角與葉片靜止時(shí)的攻角不一樣。與葉片靜止時(shí)的攻角不一樣。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.4.2 水平軸風(fēng)力機(jī)的原理水平軸風(fēng)力機(jī)的原理 風(fēng)能利用系數(shù)風(fēng)能利用系數(shù) 任何類型風(fēng)力機(jī)都不可能將接觸的風(fēng)能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。任何類型風(fēng)力機(jī)都不可能將接觸的風(fēng)能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。 風(fēng)力機(jī)能夠從風(fēng)中吸取的能量，與風(fēng)輪掃過面積內(nèi)的全部風(fēng)能風(fēng)力機(jī)能夠從風(fēng)中吸取的能量，與風(fēng)輪掃過面積內(nèi)的全部風(fēng)能 (未受風(fēng)輪干擾時(shí)未受風(fēng)輪干擾時(shí))之比，稱為之比，稱為風(fēng)能利用系數(shù)風(fēng)能利用系數(shù)。 根據(jù)根據(jù)BetzBetz理論理論( (見教材見教材) )，風(fēng)能利用系數(shù)有理論最大值，約，風(fēng)能利用系數(shù)有理論

28、最大值，約0.60.6。 風(fēng)能利用系數(shù)主要取決于風(fēng)輪葉片的設(shè)計(jì)（如攻角、槳距、翼風(fēng)能利用系數(shù)主要取決于風(fēng)輪葉片的設(shè)計(jì)（如攻角、槳距、翼 型）以及制造水平，還和轉(zhuǎn)速有關(guān)。高性能的螺旋槳式風(fēng)力機(jī)，型）以及制造水平，還和轉(zhuǎn)速有關(guān)。高性能的螺旋槳式風(fēng)力機(jī)， Cp值一般在值一般在0.45左右左右。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.4.2 水平軸風(fēng)力機(jī)的原理水平軸風(fēng)力機(jī)的原理 葉尖速比葉尖速比 葉片尖端旋轉(zhuǎn)速率葉片尖端旋轉(zhuǎn)速率與上游未受干擾的與上游未受干擾的風(fēng)速風(fēng)速之比，稱之比，稱葉尖速比葉尖速比， 常用字母常用字母來表示。來表示。 風(fēng)能利用系數(shù)風(fēng)能利用系數(shù)Cp與葉尖速

29、比有關(guān)，詳見教材。與葉尖速比有關(guān)，詳見教材。 當(dāng)當(dāng) 取特定值時(shí)取特定值時(shí)Cp值最大，稱之為值最大，稱之為最佳葉尖速比最佳葉尖速比。 246810121416 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 =0 =5 =10 =20 葉尖速比 風(fēng) 能 利 用 系 數(shù) Cp 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.4.2 水平軸風(fēng)力機(jī)的原理水平軸風(fēng)力機(jī)的原理 容積比容積比 也叫實(shí)度，表示也叫實(shí)度，表示“實(shí)體實(shí)體”在掃掠面積中所占的百分?jǐn)?shù)在掃掠面積中所占的百分?jǐn)?shù)。 多葉片風(fēng)力機(jī)具有很高的容積比，被稱為高容積比風(fēng)力機(jī)；多葉片風(fēng)力機(jī)具有很高的容積比，被稱為高容積比風(fēng)力機(jī)； 具有

30、少數(shù)幾個(gè)窄葉片的風(fēng)力機(jī)，則被稱為低容積比風(fēng)力機(jī)。具有少數(shù)幾個(gè)窄葉片的風(fēng)力機(jī)，則被稱為低容積比風(fēng)力機(jī)。 多個(gè)葉片會(huì)互相干擾，因此總體上高容積比的風(fēng)力機(jī)效率低。多個(gè)葉片會(huì)互相干擾，因此總體上高容積比的風(fēng)力機(jī)效率低。 不過，不過，空氣動(dòng)力學(xué)噪聲一般較小空氣動(dòng)力學(xué)噪聲一般較小。 低容積比風(fēng)力機(jī)，如果低容積比風(fēng)力機(jī)，如果葉尖速比太低葉尖速比太低，有些，有些風(fēng)會(huì)直接吹過風(fēng)會(huì)直接吹過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 的掃掠面積；如果的掃掠面積；如果葉尖速比太高葉尖速比太高，一些氣流將繞開風(fēng)力機(jī)流過。，一些氣流將繞開風(fēng)力機(jī)流過。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.4.2 水平軸風(fēng)力機(jī)的原理水平軸風(fēng)力

31、機(jī)的原理 力矩和轉(zhuǎn)速力矩和轉(zhuǎn)速 風(fēng)力機(jī)風(fēng)力機(jī)機(jī)械能機(jī)械能等于葉片等于葉片角速度角速度與風(fēng)作用于風(fēng)輪的與風(fēng)作用于風(fēng)輪的力矩力矩的的乘積乘積。 獲取風(fēng)能相同，獲取風(fēng)能相同，角速度小，則力矩大角速度小，則力矩大；角速度大，則力矩小。；角速度大，則力矩小。 低速風(fēng)力機(jī)的輸出功率小，扭矩系數(shù)大，用于磨面和提水的風(fēng)低速風(fēng)力機(jī)的輸出功率小，扭矩系數(shù)大，用于磨面和提水的風(fēng) 力機(jī)，常采用多葉片風(fēng)力機(jī)。力機(jī)，常采用多葉片風(fēng)力機(jī)。 高速風(fēng)力機(jī)效率高、輸出功率大，因此風(fēng)力發(fā)電常用高速風(fēng)力機(jī)效率高、輸出功率大，因此風(fēng)力發(fā)電常用23葉片。葉片。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.4.2

32、水平軸風(fēng)力機(jī)的原理水平軸風(fēng)力機(jī)的原理 取自風(fēng)能的功率取自風(fēng)能的功率 風(fēng)力機(jī)捕獲風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功率：風(fēng)力機(jī)捕獲風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功率： 3 mppw C0.5CA w PPv 一般不易對(duì)空氣密度、風(fēng)速、葉片半徑等進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，為了一般不易對(duì)空氣密度、風(fēng)速、葉片半徑等進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，為了 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)風(fēng)能捕獲最大化風(fēng)能捕獲最大化，唯一的，唯一的控制控制參數(shù)就是參數(shù)就是風(fēng)能利用系數(shù)風(fēng)能利用系數(shù)Cp 。 主要是控制葉尖速比和槳距等。主要是控制葉尖速比和槳距等。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.4.2 水平軸風(fēng)力機(jī)的原理水平軸風(fēng)力機(jī)的原理 工作風(fēng)速工作風(fēng)速 風(fēng)力機(jī)并不是在所有風(fēng)

33、速下都能正常工作。風(fēng)力機(jī)并不是在所有風(fēng)速下都能正常工作。 起動(dòng)風(fēng)速起動(dòng)風(fēng)速“切入風(fēng)速切入風(fēng)速” ； “額定風(fēng)速額定風(fēng)速” ； 停機(jī)風(fēng)速停機(jī)風(fēng)速“切出風(fēng)速切出風(fēng)速” 。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.4.3 風(fēng)力機(jī)的功率調(diào)節(jié)方式風(fēng)力機(jī)的功率調(diào)節(jié)方式 定槳距風(fēng)力機(jī)功率調(diào)節(jié)定槳距風(fēng)力機(jī)功率調(diào)節(jié) 風(fēng)輪葉片的風(fēng)輪葉片的槳距角固定不變槳距角固定不變，利用葉片的失速特性調(diào)節(jié)利用葉片的失速特性調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)風(fēng)力機(jī) 的輸出功率。的輸出功率。 在額定風(fēng)速以下，吸收的能量隨流速上升而增加；在額定風(fēng)速以下，吸收的能量隨流速上升而增加； 當(dāng)當(dāng)超過額定風(fēng)速后超過額定風(fēng)速后，葉片，葉片翼型

34、發(fā)生變化翼型發(fā)生變化，葉片后側(cè)的氣流分離，葉片后側(cè)的氣流分離 產(chǎn)生湍流產(chǎn)生湍流，葉片，葉片效率急劇下降效率急劇下降，輸出功率不隨風(fēng)速上升而增加。，輸出功率不隨風(fēng)速上升而增加。 失速型失速型葉片存在扭角葉片存在扭角，失速從葉片的局部開始，隨風(fēng)速的上升，失速從葉片的局部開始，隨風(fēng)速的上升 而逐步向葉片全長發(fā)展，起到功率調(diào)節(jié)作用。而逐步向葉片全長發(fā)展，起到功率調(diào)節(jié)作用。 定槳距風(fēng)力機(jī)定槳距風(fēng)力機(jī)的風(fēng)功率捕獲控制完全的風(fēng)功率捕獲控制完全依靠葉片的氣動(dòng)性能依靠葉片的氣動(dòng)性能，優(yōu)，優(yōu) 點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、同時(shí)具有較好的安全系數(shù)。缺點(diǎn)是點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、同時(shí)具有較好的安全系數(shù)。缺點(diǎn)是難難 以對(duì)風(fēng)功率的

35、捕獲進(jìn)行精確的控制以對(duì)風(fēng)功率的捕獲進(jìn)行精確的控制。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.4.3 風(fēng)力機(jī)的功率調(diào)節(jié)方式風(fēng)力機(jī)的功率調(diào)節(jié)方式 變槳距風(fēng)力機(jī)功率調(diào)節(jié)變槳距風(fēng)力機(jī)功率調(diào)節(jié) 通過通過調(diào)節(jié)槳距角調(diào)節(jié)槳距角改變改變?nèi)~片攻角葉片攻角，以改變?nèi)~片的風(fēng)能捕獲能力。，以改變?nèi)~片的風(fēng)能捕獲能力。 啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)槳距角，限制風(fēng)能捕獲以維持風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速恒定。，調(diào)節(jié)槳距角，限制風(fēng)能捕獲以維持風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速恒定。 低于額定風(fēng)速低于額定風(fēng)速時(shí)，保持槳距角恒定，通過調(diào)速控制使風(fēng)力機(jī)運(yùn)時(shí)，保持槳距角恒定，通過調(diào)速控制使風(fēng)力機(jī)運(yùn) 行于最佳葉尖速，維持風(fēng)力機(jī)組在最佳風(fēng)能捕獲效率下運(yùn)行。行于

36、最佳葉尖速，維持風(fēng)力機(jī)組在最佳風(fēng)能捕獲效率下運(yùn)行。 高于額定風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)，調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)槳距角，使風(fēng)輪葉片的失速效應(yīng)時(shí)，調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)槳距角，使風(fēng)輪葉片的失速效應(yīng) 加深，從而限制風(fēng)能的捕獲。加深，從而限制風(fēng)能的捕獲。 變槳距功率調(diào)節(jié)變槳距功率調(diào)節(jié)可在高于額定風(fēng)速時(shí)保持穩(wěn)定的功率輸出可在高于額定風(fēng)速時(shí)保持穩(wěn)定的功率輸出，并，并 且機(jī)組結(jié)構(gòu)受力相對(duì)較小。且機(jī)組結(jié)構(gòu)受力相對(duì)較小。 但是需要槳距調(diào)節(jié)裝置，但是需要槳距調(diào)節(jié)裝置，控制系統(tǒng)復(fù)雜，價(jià)格較高控制系統(tǒng)復(fù)雜，價(jià)格較高，風(fēng)速跟蹤，風(fēng)速跟蹤 有延時(shí)，可能導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)有延時(shí)，可能導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)瞬間超載瞬間超載。同時(shí)，風(fēng)速的不斷變化會(huì)。同時(shí)，風(fēng)速的不斷變化會(huì) 導(dǎo)致

37、變槳機(jī)構(gòu)頻繁動(dòng)作，損壞后維修費(fèi)用昂貴。導(dǎo)致變槳機(jī)構(gòu)頻繁動(dòng)作，損壞后維修費(fèi)用昂貴。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.5 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 3.5.1 風(fēng)電機(jī)組及其構(gòu)成風(fēng)電機(jī)組及其構(gòu)成 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.5.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī) 常見的風(fēng)力發(fā)電機(jī)類型常見的風(fēng)力發(fā)電機(jī)類型 （1）恒速恒頻的鼠籠式感應(yīng)發(fā)電機(jī)）恒速恒頻的鼠籠式感應(yīng)發(fā)電機(jī) （2）變速恒頻的雙饋感應(yīng)式發(fā)電機(jī)）變速恒頻的雙饋感應(yīng)式發(fā)電機(jī) （3）變速變頻的直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機(jī)）變速變頻的直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機(jī) 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電

38、技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.5.3 傳動(dòng)和控制機(jī)構(gòu)傳動(dòng)和控制機(jī)構(gòu) 包括傳動(dòng)結(jié)構(gòu)（例如齒輪箱）、對(duì)風(fēng)系統(tǒng)（偏航系統(tǒng)）、限速包括傳動(dòng)結(jié)構(gòu)（例如齒輪箱）、對(duì)風(fēng)系統(tǒng)（偏航系統(tǒng)）、限速 和制動(dòng)裝置。和制動(dòng)裝置。詳見教材詳見教材 3.5.4 塔架和機(jī)艙塔架和機(jī)艙 塔架的高度視地面障礙物對(duì)風(fēng)速影響的情況及風(fēng)輪直徑大小而塔架的高度視地面障礙物對(duì)風(fēng)速影響的情況及風(fēng)輪直徑大小而 定定（詳見教材）（詳見教材） 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.6 風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電場(chǎng) 3.6.1 風(fēng)電場(chǎng)的概念風(fēng)電場(chǎng)的概念 在風(fēng)力資源豐富的地區(qū)，將數(shù)十臺(tái)至數(shù)千臺(tái)單機(jī)容量較大的風(fēng)在風(fēng)力資源豐富的地區(qū)，將數(shù)十臺(tái)

39、至數(shù)千臺(tái)單機(jī)容量較大的風(fēng) 力發(fā)電機(jī)組集中安裝在特定場(chǎng)地，按照地形和主風(fēng)向排成陣列，力發(fā)電機(jī)組集中安裝在特定場(chǎng)地，按照地形和主風(fēng)向排成陣列， 組成發(fā)電機(jī)群，產(chǎn)生數(shù)量較大的電力并送入電網(wǎng)，這種風(fēng)力發(fā)組成發(fā)電機(jī)群，產(chǎn)生數(shù)量較大的電力并送入電網(wǎng)，這種風(fēng)力發(fā) 電的場(chǎng)所就是電的場(chǎng)所就是風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電場(chǎng)。 風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電場(chǎng)單機(jī)容量小單機(jī)容量小、機(jī)組數(shù)目多機(jī)組數(shù)目多。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.6 風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電場(chǎng) 更多類型的風(fēng)電場(chǎng)照片，詳見教材更多類型的風(fēng)電場(chǎng)照片，詳見教材3.6節(jié)。節(jié)。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.6 風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電場(chǎng) 3.

40、6.2 風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： （1）沒有直接污染排放；）沒有直接污染排放； （2）不需要水參與發(fā)電過程；）不需要水參與發(fā)電過程； （3）經(jīng)濟(jì)性好。）經(jīng)濟(jì)性好。 對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響：對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響： （1）風(fēng)力機(jī)的噪聲；）風(fēng)力機(jī)的噪聲； （2）風(fēng)力機(jī)的電磁干擾；）風(fēng)力機(jī)的電磁干擾； （3）視覺影響；等等。）視覺影響；等等。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.7 風(fēng)電的發(fā)展世界風(fēng)電的發(fā)展世界 世界之最：（世界之最：（詳見教材詳見教材） 第一個(gè)風(fēng)力發(fā)電站；第一個(gè)風(fēng)力發(fā)電站； 第一臺(tái)螺旋槳式大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)；第一臺(tái)螺旋槳式大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)； 第一臺(tái)兆

41、瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)；第一臺(tái)兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)； 現(xiàn)代風(fēng)力機(jī)的雛形。現(xiàn)代風(fēng)力機(jī)的雛形。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.7 風(fēng)電的發(fā)展世界風(fēng)電的發(fā)展世界 20世紀(jì)世紀(jì)70年代以來，隨著世界性能源危機(jī)和環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，年代以來，隨著世界性能源危機(jī)和環(huán)境污染日趨嚴(yán)重， 在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究和應(yīng)用上投入了相當(dāng)大的人力及資金，研在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究和應(yīng)用上投入了相當(dāng)大的人力及資金，研 制出了高效、可靠的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，為風(fēng)電的大規(guī)模發(fā)展提供了制出了高效、可靠的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，為風(fēng)電的大規(guī)模發(fā)展提供了 條件。條件。 1997-2007世界風(fēng)電總裝機(jī)容量（GW）的增長趨勢(shì) 新能源與分布式

42、發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.7 風(fēng)電的發(fā)展世界風(fēng)電的發(fā)展世界 世界上已運(yùn)行的世界上已運(yùn)行的最大風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量最大風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量已達(dá)到已達(dá)到 5MW， 而而MW風(fēng)電機(jī)組也已研制成功。風(fēng)電機(jī)組也已研制成功。 世界風(fēng)能利用排名前十的國家世界風(fēng)能利用排名前十的國家，參見教材圖，參見教材圖3.33和相關(guān)說明。和相關(guān)說明。 目前，海上風(fēng)電機(jī)組的平均單機(jī)容量在目前，海上風(fēng)電機(jī)組的平均單機(jī)容量在3 MW左右，最大已達(dá)左右，最大已達(dá) 6 MW。全世界海上風(fēng)電總裝機(jī)容量超過。全世界海上風(fēng)電總裝機(jī)容量超過80萬千瓦。萬千瓦。 歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)和和綠色和平組織綠色和平組織的最新出

43、版物的最新出版物風(fēng)電風(fēng)電12指出，指出， 到到2020年年世界電力的世界電力的xx%將來源于風(fēng)電將來源于風(fēng)電。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.7 風(fēng)電的發(fā)展我國風(fēng)電的發(fā)展我國 中國之最：（中國之最：（詳見教材詳見教材） 中國第一個(gè)并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)；中國第一個(gè)并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)； 中國第一個(gè)大型風(fēng)電場(chǎng)；中國第一個(gè)大型風(fēng)電場(chǎng)； 亞洲第一臺(tái)亞洲第一臺(tái)3兆瓦海上風(fēng)電機(jī)組。兆瓦海上風(fēng)電機(jī)組。 趣聞：趣聞：吐魯番的吐魯番的“風(fēng)車森林風(fēng)車森林” （詳見教材詳見教材） 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.7 風(fēng)電的發(fā)展我國風(fēng)電的發(fā)展我國 年我國風(fēng)電裝機(jī)容

44、量變化年我國風(fēng)電裝機(jī)容量變化 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.7 風(fēng)電的發(fā)展我國風(fēng)電的發(fā)展我國 自自2005年起，風(fēng)電規(guī)模年起，風(fēng)電規(guī)模連續(xù)三年實(shí)現(xiàn)翻倍增長連續(xù)三年實(shí)現(xiàn)翻倍增長，即新增裝機(jī)容，即新增裝機(jī)容 量每年都增加量每年都增加100%，成為世界風(fēng)電快速增長的市場(chǎng)之一。，成為世界風(fēng)電快速增長的市場(chǎng)之一。 到到2008年底，風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)年底，風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)1217萬千瓦萬千瓦。提前。提前3年超額實(shí)年超額實(shí) 現(xiàn)了現(xiàn)了2010年年500萬千瓦的風(fēng)電裝機(jī)目標(biāo)。萬千瓦的風(fēng)電裝機(jī)目標(biāo)。 按目前增長趨勢(shì)，到按目前增長趨勢(shì)，到2010年中國總裝機(jī)容量將近年中國總裝機(jī)

45、容量將近億千瓦；億千瓦； 預(yù)計(jì)到預(yù)計(jì)到2020年，中國總裝機(jī)容量將達(dá)到年，中國總裝機(jī)容量將達(dá)到億千瓦億千瓦。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 第第3 3講講 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 關(guān)注的問題關(guān)注的問題 風(fēng)是最常見的自然現(xiàn)象之一。風(fēng)是怎樣形成的？風(fēng)是最常見的自然現(xiàn)象之一。風(fēng)是怎樣形成的？ 人類何時(shí)開始懂得對(duì)風(fēng)能的利用？又是如何利用的？人類何時(shí)開始懂得對(duì)風(fēng)能的利用？又是如何利用的？ 風(fēng)力發(fā)電的原理是怎樣的？風(fēng)力發(fā)電的設(shè)備什么樣？風(fēng)力發(fā)電的原理是怎樣的？風(fēng)力發(fā)電的設(shè)備什么樣？ 風(fēng)力發(fā)電能達(dá)到什么樣的規(guī)模？發(fā)展?fàn)顩r如何？風(fēng)力發(fā)電能達(dá)到什么樣的規(guī)模？發(fā)展?fàn)顩r如何？ 教學(xué)目標(biāo)教

46、學(xué)目標(biāo) 了解風(fēng)資源情況和風(fēng)能利用的發(fā)展歷史，了解風(fēng)資源情況和風(fēng)能利用的發(fā)展歷史， 掌握風(fēng)力發(fā)電的基本原理和主要設(shè)備，掌握風(fēng)力發(fā)電的基本原理和主要設(shè)備， 理解風(fēng)力發(fā)電的重要意義和發(fā)展前景。理解風(fēng)力發(fā)電的重要意義和發(fā)展前景。 新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 3.1 風(fēng)能利用的歷史風(fēng)能利用的歷史 12世紀(jì)世紀(jì)，風(fēng)車的概念和設(shè)計(jì)，風(fēng)車的概念和設(shè)計(jì)從中東傳入歐洲從中東傳入歐洲。 荷蘭人發(fā)明了水平轉(zhuǎn)軸荷蘭人發(fā)明了水平轉(zhuǎn)軸的塔形風(fēng)車，并且很快風(fēng)靡北歐。的塔形風(fēng)車，并且很快風(fēng)靡北歐。 唐吉訶德大戰(zhàn)風(fēng)車的故事聽說過吧？唐吉訶德大戰(zhàn)風(fēng)車的故事聽說過吧？（教材引例故事教材引例故事） 除了磨面、榨油、造紙、鋸木等生產(chǎn)作業(yè)之外，除了磨面、榨油、造紙、鋸木等生產(chǎn)作業(yè)之外， 在比利時(shí)等在比利時(shí)等地勢(shì)較低國家還用風(fēng)車來排水地勢(shì)較低國家還用風(fēng)車來排水。