01 什么是風力發(fā)電？

 

歷史：人們利用風能的歷史有3000多年，1891年,丹麥人PoulLaCour第一個制造了用來發(fā)電的風車。1941-42丹麥的F.L.Smidth公司建造的風車可以看成世界現(xiàn)代風車的前身。

巨大葉片轉動并不是靠風推，而是靠升力像飛機翅膀一樣

風力發(fā)電機的葉片從地面看上去給人的感覺較小，但實際上這些葉片很大。普通的風電葉片都有40多米長，而目前最大的風電葉片長度已經(jīng)超過100米，遠超過大型客機的機翼長度。那么風是如何帶動如此巨大的葉片旋轉的呢？

      其實，風并非“推”動風輪葉片，而是由于葉片橫截面的形狀上下不對稱，風在通過葉片上方的時候流速大,通過下方的時候流速小。這就會導致葉片上方的壓強小,下方的壓強大，形成葉片上下面的壓差，這種壓差會產(chǎn)生升力，令風輪旋轉。

 

風力發(fā)電的輸出

      風力發(fā)電機因風量不穩(wěn)定，故其輸出的是13～25V 變化的交流電，須經(jīng)充電器整流，再對蓄電瓶充電，使風力發(fā)電機產(chǎn)生的電能變成化學能。然后用有保護電路的逆變電源，把電瓶里的化學能轉變成交流 220V市電，才能保證穩(wěn)定使用。

 

 

03 風機的機構

 

風力發(fā)電機組是由風輪、傳動系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、發(fā)電機、控制與安全系統(tǒng)、機艙、塔架和基礎等組成。

（1）葉片：葉片是吸收風能的單元，用于將空氣的動能轉換為葉輪轉動的機械能。

（2）變漿系統(tǒng)：變漿系統(tǒng)通過改變葉片的槳距角，使葉片在不同風速時處于最佳的吸收風能的狀態(tài)，當風速超過切出風速時，使葉片順槳剎車。

（3）齒輪箱：齒輪箱是將風輪在風力作用下所產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機，并使其得到相應的轉速。

（4）發(fā)電機：發(fā)電機是將葉輪轉動的機械動能轉換為電能的部件。轉子與變頻器連接，可向轉子回路提供可調頻率的電壓，輸出轉速可以在同步轉速±30%范圍內調節(jié)。

（5）偏航系統(tǒng)：偏航系統(tǒng)采用主動對風齒輪驅動形式，與控制系統(tǒng)相配合，使葉輪始終處于迎風狀態(tài)，充分利用風能，提高發(fā)電效率。同時提供必要的鎖緊力矩，以保障機組安全運行。

（6）輪轂系統(tǒng)：輪轂的作用是將葉片固定在一起，并且承受葉片上傳遞的各種載荷，然后傳遞到發(fā)電機轉動軸上。輪轂結構是3個放射形喇叭口擬合在一起的。

風力發(fā)電機的工作原理是通過風力推動葉輪旋轉，再通過傳動系統(tǒng)增速來達到發(fā)電機的轉速后來驅動發(fā)電機發(fā)電，有效的將風能轉化成電能。

 

 

04 風力發(fā)電機組的分類及其特點

 

風力發(fā)電機組主要由兩大部分組成：

       風力機部分――它將風能轉換為機械能

       發(fā)電機部分――它將機械能轉換為電能

       根據(jù)風機這兩大部分采用的不同結構類型、以及它們分別采用的技術方案的不同特征，再加上它們的不同組合，風力發(fā)電機組可以有多種多樣的分類。

1.  如依風機旋轉主軸的方向（即主軸與地面相對位置）分類，可分為：

      “水平軸式風機”――轉動軸與地面平行，葉輪需隨風向變化而調整位置；

      “垂直軸式風機”――轉動軸與地面垂直，設計較簡單，葉輪不必隨風向改變而調整方向。

 

2.  根據(jù)槳葉接受風能的功率調節(jié)方式可分為：

       “定槳距（失速型）機組”――槳葉與輪轂的連接是固定的。當風速變化時，槳葉的迎風角度不能隨之變化。由于定槳距（失速型）機組結構簡單、性能可靠，在20年來的風能開發(fā)利用中一直占據(jù)主導地位。

       “變槳距機組”――葉片可以繞葉片中心軸旋轉，使葉片攻角可在一定范圍內（一般０－９０度）調節(jié)變化，其性能比定槳距型提高許多，但結構也趨于復雜，現(xiàn)多用于大型機組上。

 

3.  按照葉輪轉速是否恒定可分為：

      “恒速風力發(fā)電機組”――設計簡單可靠，造價低，維護量少，直接并網(wǎng)；缺點是：氣動效率低，結構載荷高，給電網(wǎng)造成電網(wǎng)波動，從電網(wǎng)吸收無功功率。

      “變速風力發(fā)電機組”――氣動效率高，機械應力小，功率波動小，成本效率高，支撐結構輕。缺點是：功率對電壓降敏感，電氣設備的價格較高，維護量大。現(xiàn)常用于大容量的主力機型。

 

4. 根據(jù)風力發(fā)電機組的發(fā)電機類型分類，可分為兩大類：

            “異步發(fā)電機型” “同步發(fā)電機型”

異步發(fā)電機按其轉子結構不同又可分為：

（1）籠型異步發(fā)電機――轉子為籠型。由于結構簡單可靠、廉價、易于接入電網(wǎng)，而在小、中型機組中得到大量的使用；

（2）繞線式雙饋異步發(fā)電機――轉子為線繞型。定子與電網(wǎng)直接連接輸送電能，同時繞線式轉子也經(jīng)過變頻器控制向電網(wǎng)輸送有功或無功功率。

同步發(fā)電機型按其產(chǎn)生旋轉磁場的磁極的類型又可分為：

（1）電勵磁同步發(fā)電機――轉子為線繞凸極式磁極，由外接直流電流激磁來產(chǎn)生磁場。

（2）永磁同步發(fā)電機――轉子為鐵氧體材料制造的永磁體磁極，通常為低速多極式，不用外界激磁，簡化了發(fā)電機結構，因而具有多種優(yōu)勢。

 

5.  如根據(jù)風機的額定功率化分，一般可分為：

微型機：10 kW以下

小型機：10 kW至100 kW

中型機：100 kW 至1000 kW

大型機：1000 kW 以上（MW級風機）

 

06 風電場的組成以及風電場的建造要求

 

風電場組成包含：

• 風電機群

• 集電部分

• 升壓變電站(陸上可能多于一級升壓，海上可能有集控中心)升壓變壓器無功補償裝置（電容器、電抗器、靜止無功補償裝置、濾波器）

• 風電場管理系統(tǒng)

風電場的建造要求：

• 風能質量要高。

  風力發(fā)電場的場址的首要條件必須風能資源豐富。年平均風速在5m/s以上，30m高處的有效風力時數(shù)在6000h以上，有效風能密度在240w/m^2以上時才適合建設大型風電場。其實，影響風能質量的因素有年平均風速、平均風功率密度、風頻分布、有效風速可利用小時數(shù)、風向穩(wěn)定度等。

  風力發(fā)電場的場址盛行風向穩(wěn)定。風向穩(wěn)定不僅可以增大風能利用率，還可以延長風機壽命。

  風力發(fā)電場湍流程度要小。風是隨機的，并受場地表面粗糙度和附近障礙物的影響。風場湍流的形成一般是由于風道過于粗糙、或者因障礙物而產(chǎn)生的風速及風向的急劇變化而引起的。它不僅會影響風力發(fā)電機的出力，還會使風力發(fā)電機產(chǎn)生振動和受載不均，降低風力發(fā)電機使用壽命，嚴重時還會造成槳葉飛出的事故。

  風力發(fā)電場址的自然災害要少。強風、冰雹、雷暴、地震等都會對風力發(fā)電機等造成影響。

• 社會自然條件、風力發(fā)電場址的地勢要較平坦，地質條件要好，以便進行土建施工。

  交通便利。要考慮擬建風電場的設備供應和主要建筑材料運輸是否便利。是否利于大型吊車、平板車的施工、運輸?shù)取?/span>

  風電場應盡可能接近電網(wǎng)接入點。如:靠近現(xiàn)有的10KV和66KV變電所和線路，以減少電能損耗和送出工程的費用。盡量少占耕地，減少生態(tài)破壞。

  周圍環(huán)境。風電場的建設一般會對飛禽及鳥類正常生活和遷徙有影響，為保護生態(tài)，場址應盡量避開鳥類飛行路線、候鳥及動物棲息地等，遠離自然保護區(qū)、軍事設施、人口密集地區(qū)等。

• 海上風電選址要求：根據(jù)國家能源局和國家海洋局聯(lián)合印發(fā)的《海上風電開發(fā)建設管理暫行辦法實施細則》進行實施。例如：海上風電場原則上應在離岸距離不少于10公里、灘涂寬度超過10公里時海域水深不得少于10米的海域布局。在各種海洋自然保護區(qū)、海洋特別保護區(qū)、重要漁業(yè)水域、典型海洋生態(tài)系統(tǒng)、河口、海灣、自然歷史遺跡保護區(qū)等敏感海域，不得規(guī)劃布局海上風電場等。

一度電

可以讓25瓦的臺燈點亮40小時

讓手機充電100多次

讓吸塵器把房間打掃5遍

讓150瓦的洗衣機運轉近7小時

讓66瓦的冰箱運轉15小時

可供一臺普通電扇運行15個小時

可供一臺普通空調運行1.5小時

可以使電動自行車跑80公里

可以生產(chǎn)15瓶啤酒

13 影響風電發(fā)展的因素及風電未來的發(fā)展

 

 

01 什么是風力發(fā)電？

 

定義：風力發(fā)電機是將風能轉換為機械功，機械功帶動轉子旋轉，最終輸出交流電的電力設備。風力發(fā)電機一般有風輪、發(fā)電機(包括裝置)、調向器(尾翼)、塔架、限速安全機構和儲能裝置等構件組成。

 

歷史：人們利用風能的歷史有3000多年，1891年,丹麥人PoulLaCour第一個制造了用來發(fā)電的風車。1941-42丹麥的F.L.Smidth公司建造的風車可以看成世界現(xiàn)代風車的前身。

 

 

02 風力發(fā)電原理

 

原理：風力發(fā)電的原理是將風能轉換為機械能，機械能轉換為電能的電力設備。廣義地說，它是一種以太陽為熱源，以大氣為工作介質的熱能利用發(fā)動機。是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。

 

 

巨大葉片轉動并不是靠風推，而是靠升力像飛機翅膀一樣

風力發(fā)電機的葉片從地面看上去給人的感覺較小，但實際上這些葉片很大。普通的風電葉片都有40多米長，而目前最大的風電葉片長度已經(jīng)超過100米，遠超過大型客機的機翼長度。那么風是如何帶動如此巨大的葉片旋轉的呢？

 

      其實，風并非“推”動風輪葉片，而是由于葉片橫截面的形狀上下不對稱，風在通過葉片上方的時候流速大,通過下方的時候流速小。這就會導致葉片上方的壓強小,下方的壓強大，形成葉片上下面的壓差，這種壓差會產(chǎn)生升力，令風輪旋轉。

 

風力發(fā)電的輸出

      風力發(fā)電機因風量不穩(wěn)定，故其輸出的是13～25V 變化的交流電，須經(jīng)充電器整流，再對蓄電瓶充電，使風力發(fā)電機產(chǎn)生的電能變成化學能。然后用有保護電路的逆變電源，把電瓶里的化學能轉變成交流 220V市電，才能保證穩(wěn)定使用。

 

 

03 風機的機構

 

風力發(fā)電機組是由風輪、傳動系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、發(fā)電機、控制與安全系統(tǒng)、機艙、塔架和基礎等組成。

（1）葉片：葉片是吸收風能的單元，用于將空氣的動能轉換為葉輪轉動的機械能。

（2）變漿系統(tǒng)：變漿系統(tǒng)通過改變葉片的槳距角，使葉片在不同風速時處于最佳的吸收風能的狀態(tài)，當風速超過切出風速時，使葉片順槳剎車。

（3）齒輪箱：齒輪箱是將風輪在風力作用下所產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機，并使其得到相應的轉速。

（4）發(fā)電機：發(fā)電機是將葉輪轉動的機械動能轉換為電能的部件。轉子與變頻器連接，可向轉子回路提供可調頻率的電壓，輸出轉速可以在同步轉速±30%范圍內調節(jié)。

（5）偏航系統(tǒng)：偏航系統(tǒng)采用主動對風齒輪驅動形式，與控制系統(tǒng)相配合，使葉輪始終處于迎風狀態(tài)，充分利用風能，提高發(fā)電效率。同時提供必要的鎖緊力矩，以保障機組安全運行。

（6）輪轂系統(tǒng)：輪轂的作用是將葉片固定在一起，并且承受葉片上傳遞的各種載荷，然后傳遞到發(fā)電機轉動軸上。輪轂結構是3個放射形喇叭口擬合在一起的。

風力發(fā)電機的工作原理是通過風力推動葉輪旋轉，再通過傳動系統(tǒng)增速來達到發(fā)電機的轉速后來驅動發(fā)電機發(fā)電，有效的將風能轉化成電能。

 

 

04 風力發(fā)電機組的分類及其特點

 

風力發(fā)電機組主要由兩大部分組成：

       風力機部分――它將風能轉換為機械能

       發(fā)電機部分――它將機械能轉換為電能

       根據(jù)風機這兩大部分采用的不同結構類型、以及它們分別采用的技術方案的不同特征，再加上它們的不同組合，風力發(fā)電機組可以有多種多樣的分類。

1.  如依風機旋轉主軸的方向（即主軸與地面相對位置）分類，可分為：

      “水平軸式風機”――轉動軸與地面平行，葉輪需隨風向變化而調整位置；

      “垂直軸式風機”――轉動軸與地面垂直，設計較簡單，葉輪不必隨風向改變而調整方向。

 

2.  根據(jù)槳葉接受風能的功率調節(jié)方式可分為：

       “定槳距（失速型）機組”――槳葉與輪轂的連接是固定的。當風速變化時，槳葉的迎風角度不能隨之變化。由于定槳距（失速型）機組結構簡單、性能可靠，在20年來的風能開發(fā)利用中一直占據(jù)主導地位。

       “變槳距機組”――葉片可以繞葉片中心軸旋轉，使葉片攻角可在一定范圍內（一般０－９０度）調節(jié)變化，其性能比定槳距型提高許多，但結構也趨于復雜，現(xiàn)多用于大型機組上。

 

3.  按照葉輪轉速是否恒定可分為：

      “恒速風力發(fā)電機組”――設計簡單可靠，造價低，維護量少，直接并網(wǎng)；缺點是：氣動效率低，結構載荷高，給電網(wǎng)造成電網(wǎng)波動，從電網(wǎng)吸收無功功率。

      “變速風力發(fā)電機組”――氣動效率高，機械應力小，功率波動小，成本效率高，支撐結構輕。缺點是：功率對電壓降敏感，電氣設備的價格較高，維護量大。現(xiàn)常用于大容量的主力機型。

 

4. 根據(jù)風力發(fā)電機組的發(fā)電機類型分類，可分為兩大類：

            “異步發(fā)電機型” “同步發(fā)電機型”

異步發(fā)電機按其轉子結構不同又可分為：

（1）籠型異步發(fā)電機――轉子為籠型。由于結構簡單可靠、廉價、易于接入電網(wǎng)，而在小、中型機組中得到大量的使用；

（2）繞線式雙饋異步發(fā)電機――轉子為線繞型。定子與電網(wǎng)直接連接輸送電能，同時繞線式轉子也經(jīng)過變頻器控制向電網(wǎng)輸送有功或無功功率。

同步發(fā)電機型按其產(chǎn)生旋轉磁場的磁極的類型又可分為：

（1）電勵磁同步發(fā)電機――轉子為線繞凸極式磁極，由外接直流電流激磁來產(chǎn)生磁場。

（2）永磁同步發(fā)電機――轉子為鐵氧體材料制造的永磁體磁極，通常為低速多極式，不用外界激磁，簡化了發(fā)電機結構，因而具有多種優(yōu)勢。

 

5.  如根據(jù)風機的額定功率化分，一般可分為：

微型機：10 kW以下

小型機：10 kW至100 kW

中型機：100 kW 至1000 kW

大型機：1000 kW 以上（MW級風機）

 

 

05 什么是風力發(fā)電場？

 

風力發(fā)電場（簡稱風電場），是將多臺大型并網(wǎng)式的風力發(fā)電機安裝在風能資源好的場地，按照地形和主風向排成陣列，組成機群向電網(wǎng)供電。風力發(fā)電機就像種莊稼一樣排列在地面上，故形象地稱為“風力田”。風力發(fā)電場于 20 世紀 80 年代初在美國的加利福尼亞州興起，現(xiàn)在被全世界大力發(fā)展風電的各個國家廣泛采用。

 

風電場的風力發(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，或由于"尾流效應"而嚴重減低后排風電機的功率輸出。為了配合運送大型設備（特別是葉片）到安裝現(xiàn)場，須要建設道路。另外亦須要建設輸電線，把風電場的輸出連接到電網(wǎng)接入點。

 

06 風電場的組成以及風電場的建造要求

 

風電場組成包含：

• 風電機群

• 集電部分

• 升壓變電站(陸上可能多于一級升壓，海上可能有集控中心)升壓變壓器無功補償裝置（電容器、電抗器、靜止無功補償裝置、濾波器）

• 風電場管理系統(tǒng)

 

風電場的建造要求：

• 風能質量要高。

  風力發(fā)電場的場址的首要條件必須風能資源豐富。年平均風速在5m/s以上，30m高處的有效風力時數(shù)在6000h以上，有效風能密度在240w/m^2以上時才適合建設大型風電場。其實，影響風能質量的因素有年平均風速、平均風功率密度、風頻分布、有效風速可利用小時數(shù)、風向穩(wěn)定度等。

  風力發(fā)電場的場址盛行風向穩(wěn)定。風向穩(wěn)定不僅可以增大風能利用率，還可以延長風機壽命。

  風力發(fā)電場湍流程度要小。風是隨機的，并受場地表面粗糙度和附近障礙物的影響。風場湍流的形成一般是由于風道過于粗糙、或者因障礙物而產(chǎn)生的風速及風向的急劇變化而引起的。它不僅會影響風力發(fā)電機的出力，還會使風力發(fā)電機產(chǎn)生振動和受載不均，降低風力發(fā)電機使用壽命，嚴重時還會造成槳葉飛出的事故。

  風力發(fā)電場址的自然災害要少。強風、冰雹、雷暴、地震等都會對風力發(fā)電機等造成影響。

• 社會自然條件、風力發(fā)電場址的地勢要較平坦，地質條件要好，以便進行土建施工。

  交通便利。要考慮擬建風電場的設備供應和主要建筑材料運輸是否便利。是否利于大型吊車、平板車的施工、運輸?shù)取?/span>

  風電場應盡可能接近電網(wǎng)接入點。如:靠近現(xiàn)有的10KV和66KV變電所和線路，以減少電能損耗和送出工程的費用。盡量少占耕地，減少生態(tài)破壞。

  周圍環(huán)境。風電場的建設一般會對飛禽及鳥類正常生活和遷徙有影響，為保護生態(tài)，場址應盡量避開鳥類飛行路線、候鳥及動物棲息地等，遠離自然保護區(qū)、軍事設施、人口密集地區(qū)等。

• 海上風電選址要求：根據(jù)國家能源局和國家海洋局聯(lián)合印發(fā)的《海上風電開發(fā)建設管理暫行辦法實施細則》進行實施。例如：海上風電場原則上應在離岸距離不少于10公里、灘涂寬度超過10公里時海域水深不得少于10米的海域布局。在各種海洋自然保護區(qū)、海洋特別保護區(qū)、重要漁業(yè)水域、典型海洋生態(tài)系統(tǒng)、河口、海灣、自然歷史遺跡保護區(qū)等敏感海域，不得規(guī)劃布局海上風電場等。

 

07 發(fā)展風力發(fā)電具有什么優(yōu)缺點？

優(yōu)點：

• 清潔，環(huán)境效益好

• 可再生，永不枯竭

• 基建周期短

• 裝機規(guī)模靈活

風能永遠不會枯竭，利用風能發(fā)電可以減少環(huán)境污染，降低碳排量，符合我們國家現(xiàn)行的低碳生活的理念，而且風電裝機靈活，建造周期也短，不需要一次性投入建造完成，可以分批次，分周期建造，也利于風電企業(yè)更好的發(fā)展。

缺點：

• 噪聲，視覺污染

• 占用大片土地

• 不穩(wěn)定，不可控

• 成本仍然很高

• 影響鳥類

風電場的建造需要大量的土地，并且一旦風電場建造完畢，這些土地就不可挪作他用，在一些土地匱乏的地方無疑是一種變相的浪費。而且風電場風機數(shù)量多，一些在山區(qū)，草原建造的風電場會對鳥類造成傷害，對生態(tài)有一定的影響。

 

08 為什么說風能是一種綠色能源？

 

風能是一種干凈的自然能源，沒有常規(guī)能源（如煤電，油電）與核電會造成環(huán)境污染的問題。平均每裝一臺單機容量為1兆瓦的風能發(fā)電機，每年可以減排2000噸二氧化碳（相當于種植1平方英里的樹木）、10噸二氧化硫、6噸二氧化氮。風能產(chǎn)生1兆瓦小時的電量可以減少0.8到0.9噸的溫室氣體，相當于煤或礦物燃料一年產(chǎn)生的氣體量。而且風機不會危害鳥類和其它野生動物。

在常規(guī)能源告急和全球生態(tài)環(huán)境惡化的雙重壓力下，風能作為一種高效清潔的新能源有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>

 

09 風電會致死更多鳥類？

 

全球變暖對鳥類存在致命影響。《科學》期刊上的一項研究指出，受氣候變化、棲息地減少等主要原因影響，自1970年來，北美洲鳥類數(shù)量減少了約29%，相當于近30億只。

在過去100年中，美國莫哈韋沙漠的溫度上升了大約2℃，氣候變暖讓鳥類的種群豐富性急劇衰減。英國《皇家學會生物學分會學報》論文稱，氣候變化正在影響鳥類免疫系統(tǒng)，致使鳥類出現(xiàn)新的疾病。

風電通過取代化石燃料減緩氣候變化，可以大大改善鳥類的生存環(huán)境，進而降低全球鳥類的死亡率。依據(jù)國際可再生能源署（IRENA）和國際能源署（IEA）的情境分析，全球每年至少需要新增180GW風電裝機，才能實現(xiàn)將溫升控制在相對于工業(yè)化前水平2℃以內。

事實上，風電不會對鳥類種群構成威脅，其利遠大于弊。根據(jù)美國魚類和野生動物服務局統(tǒng)計，按原因分類的北美年度鳥類死亡率由高到低排序分別是：家貓（24億只），建筑玻璃（5.99億只），汽車碰撞（2.15億只），電力線碰撞（2550萬只），通訊塔（660萬），油坑（75萬）和風力發(fā)電機（234,000）。計算可知，真正因風電導致鳥類死亡的數(shù)量只有全部的0.007%。

當前，風電行業(yè)也正在通過高精度光學技術與人工智能結合探測鳥類活動、改變機組葉片顏色等方式，致力于進一步降低鳥類死亡率。

10 海上風電具有什么優(yōu)勢

 

★ 海上風資源較陸上更好，離岸10千米的海上風速通常比沿岸高20%，同時海上很少有靜風期

★ 海上風電不占用寶貴的土地資源，不擾民

★ 海上風電單機裝機容量更大，掃風面積更大，風資源利用更充分

★ 沿海地區(qū)電力需求量大，有助加速沿海地區(qū)的能源轉型

11 風機轉一圈能發(fā)幾度電

 

目前主流風機的單機容量從1.5兆瓦到10兆瓦不等，未來可能會更大，相對來說小容量的都在陸地上，大容量的都在海里。當然，容量越大，同等情況下發(fā)電越多。

以2兆瓦的風力發(fā)電機組為例：葉片長50-60米左右，以額定轉速運行，轉動一圈約4秒鐘，葉尖速度可達280多公里/時，堪比高鐵速度，葉輪轉動一圈約發(fā)2.2度電。

12 一度電能做什么

 

一度電

可以讓25瓦的臺燈點亮40小時

讓手機充電100多次

讓吸塵器把房間打掃5遍

讓150瓦的洗衣機運轉近7小時

讓66瓦的冰箱運轉15小時

可供一臺普通電扇運行15個小時

可供一臺普通空調運行1.5小時

可以使電動自行車跑80公里

可以生產(chǎn)15瓶啤酒

13 影響風電發(fā)展的因素及風電未來的發(fā)展

 

（1）國家能源局指出，在棄風率高于20%的地區(qū)，將不再安排新的風電建設規(guī)模。這一舉措導致新疆、甘肅地區(qū)近幾年已暫停風電建設。同時，國家能源局在2016年推行了風電投資監(jiān)測預警機制，預警顏色按紅、橙、 藍三色表示，紅色區(qū)域即為暫停風電開發(fā)建設的區(qū)域。2019年，甘肅、新疆均為紅色預警區(qū)。

（2）由于陸上風電標桿上網(wǎng)電價被改為指導價，新核準的集中式陸上風電項目上網(wǎng)電價全部通過競價的方式確定，且不得高于項目所在風能資源區(qū)的指導價。平價上網(wǎng)政策的推行與國家補貼政策的取消，使得新開發(fā)的風電場面臨新的技術考驗與開發(fā)難度進一步加大。

（3）西北地區(qū)的電力消納能力有限，且風電分布比較集中，對外輸送有賴于特高壓、超高壓輸電線路建設。西北地區(qū)每年風電的棄風率較高，影響到風電裝機容量的增長。

（4）海上風能資源稟賦優(yōu)越，近幾年以及未來將成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重點。這使得深居內陸的西北地區(qū)的風電裝機在全國的占比逐漸減小。

（5）土地管理制度實施以后，受到耕地紅線不能動、林地不能建等限制，西北地區(qū)可開發(fā)的風能資源進一步減少。

未來風電將會占比越來越大：十四五又有許多新的風電基地開始興建，例如晉能集團的簽約的新疆300萬千瓦風、光項目、內蒙古杭錦旗的風電項目。后期隨著這些項目不斷的落地，風電的成本也在不斷降低，風電也將進一步得到發(fā)展。

 

01 什么是風力發(fā)電？

 

歷史：人們利用風能的歷史有3000多年，1891年,丹麥人PoulLaCour第一個制造了用來發(fā)電的風車。1941-42丹麥的F.L.Smidth公司建造的風車可以看成世界現(xiàn)代風車的前身。

巨大葉片轉動并不是靠風推，而是靠升力像飛機翅膀一樣

風力發(fā)電機的葉片從地面看上去給人的感覺較小，但實際上這些葉片很大。普通的風電葉片都有40多米長，而目前最大的風電葉片長度已經(jīng)超過100米，遠超過大型客機的機翼長度。那么風是如何帶動如此巨大的葉片旋轉的呢？

      其實，風并非“推”動風輪葉片，而是由于葉片橫截面的形狀上下不對稱，風在通過葉片上方的時候流速大,通過下方的時候流速小。這就會導致葉片上方的壓強小,下方的壓強大，形成葉片上下面的壓差，這種壓差會產(chǎn)生升力，令風輪旋轉。

 

風力發(fā)電的輸出

      風力發(fā)電機因風量不穩(wěn)定，故其輸出的是13～25V 變化的交流電，須經(jīng)充電器整流，再對蓄電瓶充電，使風力發(fā)電機產(chǎn)生的電能變成化學能。然后用有保護電路的逆變電源，把電瓶里的化學能轉變成交流 220V市電，才能保證穩(wěn)定使用。

 

 

03 風機的機構

 

風力發(fā)電機組是由風輪、傳動系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、發(fā)電機、控制與安全系統(tǒng)、機艙、塔架和基礎等組成。

（1）葉片：葉片是吸收風能的單元，用于將空氣的動能轉換為葉輪轉動的機械能。

（2）變漿系統(tǒng)：變漿系統(tǒng)通過改變葉片的槳距角，使葉片在不同風速時處于最佳的吸收風能的狀態(tài)，當風速超過切出風速時，使葉片順槳剎車。

（3）齒輪箱：齒輪箱是將風輪在風力作用下所產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機，并使其得到相應的轉速。

（4）發(fā)電機：發(fā)電機是將葉輪轉動的機械動能轉換為電能的部件。轉子與變頻器連接，可向轉子回路提供可調頻率的電壓，輸出轉速可以在同步轉速±30%范圍內調節(jié)。

（5）偏航系統(tǒng)：偏航系統(tǒng)采用主動對風齒輪驅動形式，與控制系統(tǒng)相配合，使葉輪始終處于迎風狀態(tài)，充分利用風能，提高發(fā)電效率。同時提供必要的鎖緊力矩，以保障機組安全運行。

（6）輪轂系統(tǒng)：輪轂的作用是將葉片固定在一起，并且承受葉片上傳遞的各種載荷，然后傳遞到發(fā)電機轉動軸上。輪轂結構是3個放射形喇叭口擬合在一起的。

風力發(fā)電機的工作原理是通過風力推動葉輪旋轉，再通過傳動系統(tǒng)增速來達到發(fā)電機的轉速后來驅動發(fā)電機發(fā)電，有效的將風能轉化成電能。

 

 

04 風力發(fā)電機組的分類及其特點

 

風力發(fā)電機組主要由兩大部分組成：

       風力機部分――它將風能轉換為機械能

       發(fā)電機部分――它將機械能轉換為電能

       根據(jù)風機這兩大部分采用的不同結構類型、以及它們分別采用的技術方案的不同特征，再加上它們的不同組合，風力發(fā)電機組可以有多種多樣的分類。

1.  如依風機旋轉主軸的方向（即主軸與地面相對位置）分類，可分為：

      “水平軸式風機”――轉動軸與地面平行，葉輪需隨風向變化而調整位置；

      “垂直軸式風機”――轉動軸與地面垂直，設計較簡單，葉輪不必隨風向改變而調整方向。

 

2.  根據(jù)槳葉接受風能的功率調節(jié)方式可分為：

       “定槳距（失速型）機組”――槳葉與輪轂的連接是固定的。當風速變化時，槳葉的迎風角度不能隨之變化。由于定槳距（失速型）機組結構簡單、性能可靠，在20年來的風能開發(fā)利用中一直占據(jù)主導地位。

       “變槳距機組”――葉片可以繞葉片中心軸旋轉，使葉片攻角可在一定范圍內（一般０－９０度）調節(jié)變化，其性能比定槳距型提高許多，但結構也趨于復雜，現(xiàn)多用于大型機組上。

 

3.  按照葉輪轉速是否恒定可分為：

      “恒速風力發(fā)電機組”――設計簡單可靠，造價低，維護量少，直接并網(wǎng)；缺點是：氣動效率低，結構載荷高，給電網(wǎng)造成電網(wǎng)波動，從電網(wǎng)吸收無功功率。

      “變速風力發(fā)電機組”――氣動效率高，機械應力小，功率波動小，成本效率高，支撐結構輕。缺點是：功率對電壓降敏感，電氣設備的價格較高，維護量大。現(xiàn)常用于大容量的主力機型。

 

4. 根據(jù)風力發(fā)電機組的發(fā)電機類型分類，可分為兩大類：

            “異步發(fā)電機型” “同步發(fā)電機型”

異步發(fā)電機按其轉子結構不同又可分為：

（1）籠型異步發(fā)電機――轉子為籠型。由于結構簡單可靠、廉價、易于接入電網(wǎng)，而在小、中型機組中得到大量的使用；

（2）繞線式雙饋異步發(fā)電機――轉子為線繞型。定子與電網(wǎng)直接連接輸送電能，同時繞線式轉子也經(jīng)過變頻器控制向電網(wǎng)輸送有功或無功功率。

同步發(fā)電機型按其產(chǎn)生旋轉磁場的磁極的類型又可分為：

（1）電勵磁同步發(fā)電機――轉子為線繞凸極式磁極，由外接直流電流激磁來產(chǎn)生磁場。

（2）永磁同步發(fā)電機――轉子為鐵氧體材料制造的永磁體磁極，通常為低速多極式，不用外界激磁，簡化了發(fā)電機結構，因而具有多種優(yōu)勢。

 

5.  如根據(jù)風機的額定功率化分，一般可分為：

微型機：10 kW以下

小型機：10 kW至100 kW

中型機：100 kW 至1000 kW

大型機：1000 kW 以上（MW級風機）

 

06 風電場的組成以及風電場的建造要求

 

風電場組成包含：

• 風電機群

• 集電部分

• 升壓變電站(陸上可能多于一級升壓，海上可能有集控中心)升壓變壓器無功補償裝置（電容器、電抗器、靜止無功補償裝置、濾波器）

• 風電場管理系統(tǒng)

風電場的建造要求：

• 風能質量要高。

  風力發(fā)電場的場址的首要條件必須風能資源豐富。年平均風速在5m/s以上，30m高處的有效風力時數(shù)在6000h以上，有效風能密度在240w/m^2以上時才適合建設大型風電場。其實，影響風能質量的因素有年平均風速、平均風功率密度、風頻分布、有效風速可利用小時數(shù)、風向穩(wěn)定度等。

  風力發(fā)電場的場址盛行風向穩(wěn)定。風向穩(wěn)定不僅可以增大風能利用率，還可以延長風機壽命。

  風力發(fā)電場湍流程度要小。風是隨機的，并受場地表面粗糙度和附近障礙物的影響。風場湍流的形成一般是由于風道過于粗糙、或者因障礙物而產(chǎn)生的風速及風向的急劇變化而引起的。它不僅會影響風力發(fā)電機的出力，還會使風力發(fā)電機產(chǎn)生振動和受載不均，降低風力發(fā)電機使用壽命，嚴重時還會造成槳葉飛出的事故。

  風力發(fā)電場址的自然災害要少。強風、冰雹、雷暴、地震等都會對風力發(fā)電機等造成影響。

• 社會自然條件、風力發(fā)電場址的地勢要較平坦，地質條件要好，以便進行土建施工。

  交通便利。要考慮擬建風電場的設備供應和主要建筑材料運輸是否便利。是否利于大型吊車、平板車的施工、運輸?shù)取?/span>

  風電場應盡可能接近電網(wǎng)接入點。如:靠近現(xiàn)有的10KV和66KV變電所和線路，以減少電能損耗和送出工程的費用。盡量少占耕地，減少生態(tài)破壞。

  周圍環(huán)境。風電場的建設一般會對飛禽及鳥類正常生活和遷徙有影響，為保護生態(tài)，場址應盡量避開鳥類飛行路線、候鳥及動物棲息地等，遠離自然保護區(qū)、軍事設施、人口密集地區(qū)等。

• 海上風電選址要求：根據(jù)國家能源局和國家海洋局聯(lián)合印發(fā)的《海上風電開發(fā)建設管理暫行辦法實施細則》進行實施。例如：海上風電場原則上應在離岸距離不少于10公里、灘涂寬度超過10公里時海域水深不得少于10米的海域布局。在各種海洋自然保護區(qū)、海洋特別保護區(qū)、重要漁業(yè)水域、典型海洋生態(tài)系統(tǒng)、河口、海灣、自然歷史遺跡保護區(qū)等敏感海域，不得規(guī)劃布局海上風電場等。

一度電

可以讓25瓦的臺燈點亮40小時

讓手機充電100多次

讓吸塵器把房間打掃5遍

讓150瓦的洗衣機運轉近7小時

讓66瓦的冰箱運轉15小時

可供一臺普通電扇運行15個小時

可供一臺普通空調運行1.5小時

可以使電動自行車跑80公里

可以生產(chǎn)15瓶啤酒

13 影響風電發(fā)展的因素及風電未來的發(fā)展