浅谈风力发电

DOI编码：10.3969/j.issn.1007-0079.2011.18.044

浅谈风力发电

张兴然

摘要：风能作为可再生能源中最重要的组成部分和最经济的发电方式，具有良好的社会效益和经济效益，已受到世界各国的高度重视。介绍了风力发电的工作原理运行方式，风力发电机组的组成、特点及其应用。

关键词：风能；风力发电；并网

作者简介：张兴然（1981-），女，河北保定人，保定电力职业技术学院，讲师。（河北 保定 071051）中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）18-0084-02

随着世界经济规模的不断增大，世界能源的需求量持续增长，全球范围内的能源危机日益突出。传统的能源，尤其是煤炭、石油、天然气三大化石燃料更是有限，不合理地使用传统能源，它们在21世纪内就会濒临枯竭，产生能源危机，还会造成全球的环境问题。随着化石能源的减少，其价格也会提高，这将会严重制约生产的发展和人民生活水平的提高。随着世界能源新技术的进步及环保标准的日益严格，未来世界能源将进一步向清洁化的方向发展，不仅能源的生产过程要实现清洁化，而且能源工业要不断生产出更多、更

[1]好的清洁能源，清洁能源在能源总消费中的比例也将逐步增大。

当前，我国经济快速发展，人们对电力的需求越来越多。目前，我国的发电方式主要集中在火力发电，而火力发电所需的化石能源已近枯竭。因此，开发和利用新能源和可再生能源是解决能源和环保问题的重要战略措施之一。在众多可再生能源中，水电受地理位置和季节的，核电对环境污染比较严重，太阳能、地热能发电量又极小。风能是目前为止最适宜于大规模开发的能源之一。风能是一种取之不尽、用之不竭的绿色环保型可再生能源。风能作为一种新的清洁无污染的能源，用它来发电可以弥补上述发电方式的不足，来替代传统的发电方式。本文主要介绍了风力发电的工作原理及其运行方式、风力发电机组的组成、风力发电的特点及其应用前景。

一、风力发电的工作原理

风能是太阳能的一种转化形式，是一种不产生任何污染排放的可再生自然能源。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，将会产生温差，从而引起大气的对流运动形成风，其携带的能量即风能。把风能先转换为机械能，再把机械能转换为电能，这就是风力发电。风力发电技术就是利用风能的可再生性，其工作原理是风轮叶片在风力的作用下旋转，通过齿轮变速箱增速，带动发电机转动进而发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度，便可以开始发电。

二、风力发电机组的组成

风力发电所需要的装置，叫做风力发电机组。风力发电机组一般由风轮、齿轮变速箱、发电机、偏航装置、刹车系统、塔架及有关控制器等组成，风力发电机组的组成示意图如图1所示。下面简单介绍风力发电机组的各个组成部分。

1.风轮

风轮是风力发电机组的重要组成部件，它由气体流动性能良好的叶片装在轮轴上所组成。风轮按照叶片数可以分为单叶片、双叶片、三叶片和多叶片风轮。其中三叶片的稳定性比较好，在风力发电机组中得到广泛应用。风吹动叶片转动，带动其轮轴转动，故风轮的主要作用就是捕捉和吸收风能，将风能转换为机械能。低速旋转的风轮通过齿轮变速箱来增速，将动力传给发电机。

2.齿轮变速箱

通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所需的转速，必须通过齿轮变速箱的增速作用来实现。齿轮变速箱作为风力发电机组的一个重要的机械部件，其主要作用就是将很低的风轮转速（600kW的风机通常为27转/分、1500kW的风机通常为12~22转/分）转变为很高的发电机转速（发电机同步转速通常为1500转/分）。

3.发电机

发电机把风轮转轴输入的机械能转变为电能输出，在并网运行的大中型风力发电机组中，普遍采用异步发电机或同步发电机两种。异步发电机的转速取决于电网的频率，只能在同步转速附近很小的范围内变化。当风速增加使齿轮变速箱高速输出转速达到异步发电机同步转速时，发电机组并入电网，向电网送电。

4.偏航装置

自然界的风，不论是速度还是方向都经常变化，如果风轮的旋转平面和风向不垂直，则不但输出功率减少，而且承受的载荷更加

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总第205期

电力经济

中。采用风力发电机组与电网相连接，通过电网输送电能的方式，可以克服由于风的随机性带来的储能问题，同时可节约矿物燃料。10kW以上甚至MW级的风力发电机组皆可采用这种运行方式。

风力发电场是目前世界上风力发电并网运行方式的基本形式。四、风力发电的特点及应用1.风力发电的特点

风力发电之所以获得快速发展，除了能源需求增加，环保压力加大外，还因为风力发电本身具有独特的优点。（1）除水力发电之外，风力发电是当今世界上可再生能源开发利用中技术最成熟、最具规模开发和商业化发展前景的发电技术。（2）全球风能资源丰富。全球风能潜力约为目前全球用电量的5倍。（3）风能是可再生能源。常规化石能源终将耗尽，而风能取之不尽，用之不竭。（4）清洁无污染。风能是一种绿色环保型清洁能源。（5）施工周期短。风电场安装施工周期很短。单台风电机组的安装时间不超过三个月，10MW级风电场建设期不到一年，而且安装一台可投产一台。（6）实际占地少，对土地要求低。风电场内设备建筑占地仅约占风电场1%，其余场地仍可供农、牧、渔使用。

2.风力发电的应用

目前，风能的利用主要是发电，风力发电在新能源和可再生能源行业中增长最快，年增长达35%，美国、意大利和德国年增长更是高达50%以上。德国风电已占总发电量的3%，丹麦风电已超过总发电量的10%。现在，不仅把风电场建在内陆、岛屿和海岸，英国、荷兰等一些欧洲国家的经验表明，将风电场建在海上，经济效益、环境效益和社会效益更加明显。

我国风能资源丰富，储量32亿kW，可开发和利用的陆地上风能储量有2.53亿kW，近海可开发和利用的风能储量有7.5亿kW，共计约10亿kW。截至2010年底，全国风电并网容量2956万kW，“十一五”期间年均增速接近100%。国家电网公司风电接网及送出工程累计总投资达418亿元，共投运风电并网线路2.32万公里，建成风电送出汇集变电站（开关站）25个，变电容量3770万千伏安，建成与西北750千伏联网工程、甘肃千万千瓦风电一期安西—永登

[3]

在国家和资源优势的推动下，中国风能开750千伏送出工程。

恶劣。为了使风机获取最大的风力，就相应地设置迎风结构跟踪风向的变化，以保证风轮叶片旋转平面与气流方向垂直，使其处于迎风方向。风力发电机的偏航装置也称为迎风机构，其主要作用在于当风向变化时，能够快速平稳地调整风力机的风轮叶片，以便风轮从流动的空气中获取最大的能量。

5.刹车系统

自然界的风速经常变化，风轮的转速随着风速的增大而变快。风轮转速直接影响着发电机功率、电压、频率的输出。在风速很低的时候，风轮会保持不动，发电机没有功率输出。当风速到达切入风速时，风轮开始旋转并带动发电机发电。风力增强，风轮转速增加，发电机输出功率增加。当风速达到额定风速时，发电机输出额定功率。之后输出功率保持大致不变。如果风速进一步增加，达到切出风速的时候，风轮通过刹车系统进行剎车停机，发电机不再输出功率，以免风电机组受损。

6.控制器

控制器是风力发电机组的核心部件，主要包括控制和检测两部分。控制部分的主要作用是根据风速、风向对系统加以控制，使风机获取最大的风能，保证风力发电机组的安全可靠运行并提供良好的电能质量。监测部分的主要作用是将各种传感器采集到的数据送到控制器，经过处理作为控制参数或作为原始记录存储起来。

7.塔架

塔架是风力发电机组中的主要支撑装置，也是风力发电机的一个重要部件。它将风电机与地面相连接，为风轮提供需要的高度，通常高的塔架具有优势，可以捕捉到更多、更均匀的风。而且塔架还要有足够的机械强度，要承受极限风速产生的载荷和风力机本身的自重。

风力发电机组除了由上述几部分组成外，一般还配备有蓄电池。在风力强的期间，除了通过风力发电机组向用电负荷提供所需的电能以外，将多余的风能在蓄电池中储存起来，在风力弱或无风期间，再将蓄电池中储存的能量转换为电能，向用电负荷供电。

三、风力发电的运行方式

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风力发电通常有运行和并网运行两种运行方式。

1.运行方式

运行的风力发电机组，又称离网型风力发电机组。风力发电机组运行是一种比较简单的运行方式，通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力，在有风期间将多余的风电向蓄电池充电，在电力供应不足时蓄电池向负荷供电，以保证用户正常用电。这种发电系统结构简单，适合在内蒙、甘肃、青海、等北部偏远农牧区，风能资源丰富但电网覆盖不到的地区用户利用，以发展和安装小型风力发电机组，进行运行，来解决生活用电问题。

2.并网运行方式

并网型风力发电运行方式是将风力发电并入常规电网运行，向大电网提供电力，常常是一处风电场安装几十台甚至几百台风力发电机，这是风力发电的主要发展方向。并网型风力发电机组的功能是将风中的动能转换成机械能，再将机械能转换为电能输送到电网

发利用取得了长足进步。

随着国内风电制造技术的提高，发电成本得以快速下降，风力发电是新能源中最具有经济发展前景的一种发电形式。展望未来，化石能源的枯竭，开采成本的增加，环保意识的增强，的支持等因素将使风电更具市场竞争力，其发展前景将是十分巨大的。

参考文献：

[1]严陆光,等.我国大规模可再生能源基地与技术的发展研究[J].电工电能新技术,2007,26(1):13-24,76．

[2]刘万琨,等.风能与风力发电技术[M].北京:化学工业出版社,2007．[3]尹超.浅谈我国风力发电的现状和前景[J].山东电力技术,2009,(6):14-15．

（责任编辑：刘辉）

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