風(fēng)力發(fā)原理及風(fēng)力發(fā)電的工藝流程

風(fēng)力發(fā)原理及風(fēng)力發(fā)電的工藝流程生產(chǎn)工藝流程

申華協(xié)合貢寶拉格風(fēng)電場發(fā)電風(fēng)力發(fā)電機最初出現(xiàn)在十九世紀(jì)末。自二十世紀(jì)八十年代起，這項技術(shù)不斷發(fā)展并日漸成

熟，適合工業(yè)應(yīng)用。近二三十年，典型的風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)輪直徑不斷增大，而額定功率也不斷提,=J在二十一世紀(jì)00年代初，風(fēng)力發(fā)電機最具經(jīng)濟效益的額定輸出功率范圍在600千瓦至750千瓦之間，而風(fēng)輪直徑則在40米至47米之間。當(dāng)時所有制造商都有生產(chǎn)這類風(fēng)力發(fā)電機。新一代的兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機是以這類機種作為基礎(chǔ)發(fā)展出來的。,=J二零零七年初，有一些制造商開始生產(chǎn)額定功率為幾兆瓦而風(fēng)輪直徑達到約90米的風(fēng)力發(fā)電機（例如VestasV903.0兆瓦風(fēng)電機，NordexN902.5兆瓦風(fēng)電機等等），甚至有些直徑達100米（如GE3.6兆瓦風(fēng)電機）。這些大型風(fēng)力發(fā)電機主要市場是歐洲。在歐洲，適合風(fēng)電的地段日漸減少，因此有逼切性安裝發(fā)電能力盡量高的風(fēng)力發(fā)電機。另一類更大型的為海上應(yīng)用而設(shè)計的風(fēng)力發(fā)電機，已經(jīng)完成設(shè)計并制成原型機。例如REPower公司設(shè)計的風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)輪直徑達126米，功率達5兆瓦。1）風(fēng)的功率風(fēng)的能量指的是風(fēng)的動能。特定質(zhì)量的空氣的動能可以用下列公式計算。能量=1/2X質(zhì)量X（速度尸2吹過特定面積的風(fēng)的的功率可以用下列公式計算。功率=1/2X空氣密度X面積X（速度尸3其中，功率單位為瓦特；空氣密度單位為千克/立方米；面積指氣流橫截面積，單位為平方米；速度單位為米/秒。在海平面高度和攝氏15度的條件下，乾空氣密度為1.225千克/立方米?？諝饷芏入S氣壓和溫度而變。隨著高度的升高，空氣密度也會下降。於上述公式中可以看出，風(fēng)的功率與速度的三次方〔立方〕成正比，并與風(fēng)輪掃掠面積成正比。不過實際上，風(fēng)輪只能提取風(fēng)的能量中的一部分，而非全部。2）風(fēng)力發(fā)電機的工作原理現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機采用空氣動力學(xué)原理，就像飛機的機鼻樣。風(fēng)并非"推”動風(fēng)輪葉片，而是吹過葉片形成葉片正反面的壓差，這種壓差會產(chǎn)生升力，令風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)并不斷橫切風(fēng)流。風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)輪并不能提取風(fēng)的所有功率。根據(jù)Betz定律,理論上風(fēng)電機能夠提取的最大功率，是風(fēng)的功率的59.6%。大多數(shù)風(fēng)電機只能提取風(fēng)的功率的40%或者更少。風(fēng)力發(fā)電機主要包含三部分：風(fēng)輪、機艙和塔桿。大型與電網(wǎng)接駁的風(fēng)力發(fā)電機的最常見的結(jié)構(gòu)，是橫軸式三葉片風(fēng)輪，并安裝在直立管狀塔桿上。塔桿變壓器基座來源：DanishWindIndustryAssociation)風(fēng)輪葉片由復(fù)合材料制造。不像小型風(fēng)力發(fā)電機，大型風(fēng)電機的風(fēng)輪轉(zhuǎn)動相當(dāng)慢。比較簡單的風(fēng)力發(fā)電機是采用固定速度的。通常采用兩個不同的速度-在弱風(fēng)下用低速和在強風(fēng)下用高速。這些定速風(fēng)電機的感應(yīng)式異步發(fā)電機能夠直接發(fā)產(chǎn)生電網(wǎng)頻率的交流電。比較新型的設(shè)計一般是可變速的（比如Vestas公司的V52-850千瓦風(fēng)電機轉(zhuǎn)速為每分鐘14轉(zhuǎn)到每分鐘31.4轉(zhuǎn)）。利用可變速操作，風(fēng)輪的空氣動力效率可以得到改善，從而提取更多的能量，而且在弱風(fēng)情況下噪音更低。因此，變速的風(fēng)電機設(shè)計比起定速風(fēng)電機，越來越受歡迎。機艙上安裝的感測器探測風(fēng)向，透過轉(zhuǎn)向機械裝置令機艙和風(fēng)輪自動轉(zhuǎn)向，面向來風(fēng)。

風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)運動通過齒輪變速箱傳送到機艙內(nèi)的發(fā)電機（如果沒有齒輪變速箱則直接傳送到IWJ發(fā)電機）。在風(fēng)電工業(yè)中，配有變速箱的風(fēng)力發(fā)電機是很普遍的。不過，為風(fēng)電機而設(shè)計的多極直接驅(qū)動式發(fā)電機，也有顯著的發(fā)IWJ設(shè)於塔底的變壓器（或者有些設(shè)於機艙內(nèi)）可提升發(fā)電機的電壓到配電網(wǎng)電壓（香港的情況為11千伏）。所有風(fēng)力發(fā)電機的功率輸出是隨著風(fēng)力而變的。強風(fēng)下最常見的兩種限制功率輸出的方法（從而限制風(fēng)輪所承受壓力）是失速調(diào)節(jié)和斜角調(diào)節(jié)。使用失速調(diào)節(jié)的風(fēng)電機，超過額定風(fēng)速的強風(fēng)會導(dǎo)致通過業(yè)片的氣流產(chǎn)生擾流，令風(fēng)輪失速。當(dāng)風(fēng)力過強時，業(yè)片尾部制動裝置會動作，令風(fēng)輪剎車。使用斜角調(diào)節(jié)的風(fēng)電機，每片葉片能夠以縱向為軸而旋轉(zhuǎn)，葉片角度隨著風(fēng)速不同而轉(zhuǎn)變，從而改變風(fēng)輪的空氣動力性能。當(dāng)風(fēng)力過強時，葉片轉(zhuǎn)動至迎氣邊緣面向來風(fēng)，從而令風(fēng)輪剎車。葉片中嵌入了避雷條，當(dāng)葉片遭到雷擊時，可將閃電中的電流引導(dǎo)到地下去。0超聲液鳳隹感器?W用吊車?0超聲液鳳隹感器?W用吊車?帶變頻器的VMF頂部揑制器。覽電機。斜瀚調(diào)書戒壓掃0油/水綴卻器聊齒輪箱&主軸0斜角調(diào)節(jié)系統(tǒng)臨葉片輪殼暫葉片軸承田葉片龜斑槍鎖走系統(tǒng)的液壓控制單元心扭拒臂?機艙底座?碟式機抿制動器禺偏航齒鞅?復(fù)含型礁式偶含噩上圖:VestasV52-850千瓦風(fēng)力發(fā)電機機艙內(nèi)的組成部份（來源：Vestas）3）風(fēng)力發(fā)電機的功率曲線在風(fēng)速很低的時候，風(fēng)電機風(fēng)輪會保持不動。當(dāng)?shù)竭_切入風(fēng)速時（通常每秒3到4米），風(fēng)輪開始旋轉(zhuǎn)并牽引發(fā)電機開始發(fā)電。

隨著風(fēng)力越來越強，輸出功率會增加。當(dāng)風(fēng)速達到額定風(fēng)速時風(fēng)電機會輸出其額定功率。之輸出功率會保速進9後風(fēng)的出留大致不變。當(dāng)一步增加，達到切出風(fēng)速9後風(fēng)的出留大致不變。當(dāng)一步增加，達到切出風(fēng)速時候，風(fēng)電機會剎車，不再輸功率，為免受損。SOOOOOOO00000^00^98765431—功率曲線V52-850kW200WOaSOOOOOOO00000^00^98765431—功率曲線V52-850kW200WOa5W 15鳳速一〔米/視20 25100.0dB(A)103Od&(A)■10TDdB(A)1047102.0Ct網(wǎng)上圖：V52-850千瓦風(fēng)力發(fā)電機於不同噪音級別下的工作曲線（噪音級別可透過改變風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速而改變）（來源：Vestas）為特定地點選取合適的風(fēng)力發(fā)電機，一般方法是采用風(fēng)電機的功率曲線和該地點的風(fēng)力資料以進行產(chǎn)電量估算。。（在大型風(fēng)

力發(fā)電機-資源潛力部分有更多相關(guān)資訊）4)風(fēng)力發(fā)電機的額定輸出功4)風(fēng)力發(fā)電機的額定輸出功風(fēng)力發(fā)電機的額定輸出功率是配合特定的額定風(fēng)速設(shè)而定的。由於能量與風(fēng)速的立方成正比，因此，風(fēng)力發(fā)電機的功率會隨風(fēng)速變化會很大。同樣構(gòu)造和風(fēng)輪直徑的風(fēng)電機可以配以不同大小的發(fā)電機。因此兩座同樣構(gòu)造和風(fēng)輪直徑的風(fēng)電機可能有相當(dāng)不同的額定輸出功率值，這取決於它的設(shè)計是配合強風(fēng)地帶（配較大型發(fā)電機）或弱風(fēng)地帶（配較小型發(fā)電機）。5）風(fēng)力發(fā)電機的主要種類橫軸風(fēng)力發(fā)電機和豎軸風(fēng)力發(fā)電機根據(jù)葉片固定軸的方位，風(fēng)力發(fā)電機可以分為橫軸和豎軸兩類。橫軸式風(fēng)電機工作時轉(zhuǎn)軸方向與風(fēng)向一致，豎軸式風(fēng)電機轉(zhuǎn)軸方向與風(fēng)向成直角。橫軸式風(fēng)電機通常需要不停地變向以保持與風(fēng)向一致。而豎軸式風(fēng)電機則不必如此，因為它可以收集不同來向的風(fēng)能。橫軸式風(fēng)電機在世界上占主流位置。逆風(fēng)風(fēng)力發(fā)電機和順風(fēng)風(fēng)力發(fā)電機逆風(fēng)風(fēng)電機是一種風(fēng)輪面向來風(fēng)的橫軸式風(fēng)電機。而對於順風(fēng)風(fēng)電機，來風(fēng)是從風(fēng)輪的背後吹來。大多數(shù)的風(fēng)力發(fā)電機是逆風(fēng)式的。單葉片、雙葉片和三葉片風(fēng)力發(fā)電機葉片的數(shù)目由很多因素決定，其中包括空氣動力效率、復(fù)雜度、成本、噪音、美學(xué)要求等等。大型風(fēng)力發(fā)電機可由1、2或者3片葉片構(gòu)成。葉片較少的風(fēng)力發(fā)電機通常需要更高的轉(zhuǎn)速以提取風(fēng)中的能量，因此噪音比較大。而如果葉片太多，它們之間會相互作用而降低系統(tǒng)效率。目前3葉片風(fēng)電機是主流。從美學(xué)角度上看，3葉片的風(fēng)電機看上去較為平衡和美

6）岸上風(fēng)電場岸上風(fēng)電系統(tǒng)可以是僅有一臺風(fēng)電機，或者由多臺風(fēng)電機器線性排列或方陣排列形成風(fēng)電場。風(fēng)電場的風(fēng)力發(fā)電機相互之間需要有足夠的距離，以免造成過強的湍流相互影響，或由於”尾流效應(yīng)”而嚴(yán)重減低後排風(fēng)電機的功率輸出。是葉片）道路。另把風(fēng)電場點。為了配合運送大型設(shè)備（特別到安裝現(xiàn)場，須要建設(shè)外亦須要建設(shè)輸電線，的輸出連接到電網(wǎng)接入是葉片）道路。另把風(fēng)電場點。7）世界各地的風(fēng)力發(fā)電裝置到2005年底，世界總風(fēng)力發(fā)裝機容量達58千兆瓦。德國、班牙、美國、印度和丹麥?zhǔn)且粤Πl(fā)電裝機容量來算前幾名的

家。在丹麥，風(fēng)能發(fā)電提供該國總用電量的20%。香港第一臺大型風(fēng)力發(fā)電機是由香港電燈集