風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)概論

朱丹青 張素龍

1. 國(guó)家電投集團(tuán)廣西電力有限公司桂林分公司 廣西 桂林 541000；2. 國(guó)家電投集團(tuán)廣西靈川風(fēng)電有限公司 廣西 桂林 541200

引言

風(fēng)力發(fā)電是一種清潔且可以不斷再生的一種能源，取之不盡且用之不竭，正是因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電擁有其他大多數(shù)清潔能源沒有的優(yōu)勢(shì)，所以風(fēng)力發(fā)電成為新時(shí)代發(fā)展前景最廣闊和發(fā)展空間最大的一種清潔能源，風(fēng)力發(fā)電在我國(guó)具有一定的發(fā)展基礎(chǔ)，我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)得到了不斷的完善和調(diào)整，風(fēng)力發(fā)電也因此具有了相當(dāng)廣闊的發(fā)展空間以及發(fā)展機(jī)遇。風(fēng)力發(fā)電之所以成為國(guó)際上最受歡迎的一種清潔能源，最主要的原因在于它所需要的原料能源基本上都來自于大自然，它既不會(huì)產(chǎn)生不可再生能源所造成的環(huán)境污染以及不可再生能源所造成的能源消耗等問題，也可以對(duì)不可再生能源造成的輻射和空氣污染等環(huán)境問題進(jìn)行改善，所以風(fēng)力發(fā)電因此迎來了發(fā)展新時(shí)代。

1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)

風(fēng)力渦輪機(jī)也稱為風(fēng)車，工作原理最主要的是通過風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后再轉(zhuǎn)化為電能的一種工作原理，機(jī)械動(dòng)力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，最終輸出交流電的電源設(shè)備，從廣義上來講，風(fēng)能是風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能的出發(fā)點(diǎn)。所以這種設(shè)備就叫作風(fēng)力發(fā)電機(jī)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)際上是通過太陽能為主要能源。利用大氣層作為工作介質(zhì)進(jìn)行熱發(fā)電的一種機(jī)械設(shè)備。在自然情況下，當(dāng)風(fēng)力等級(jí)達(dá)到了三級(jí)之后就可以通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理和傳統(tǒng)風(fēng)車是十分相似的，通過風(fēng)力來帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過葉輪的旋轉(zhuǎn)收集風(fēng)能，然后再通過增速機(jī)加速葉輪的旋轉(zhuǎn)。從而達(dá)到產(chǎn)生電能的效果[1]。

2 風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)和相關(guān)技術(shù)

2.1 風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)

風(fēng)力發(fā)電最主要的特點(diǎn)在于風(fēng)能是一種可再生而且清潔的能源，它不消耗任何不可再生能源，而且對(duì)環(huán)境問題可以進(jìn)行一定的改善。這是任何火力發(fā)電都不可以相提并論的優(yōu)點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，許多高新技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電上得到了廣泛的應(yīng)用。因此，風(fēng)力發(fā)電的效率和質(zhì)量得到了大大的提高，目前我國(guó)的大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，從80年代的50%到現(xiàn)在已經(jīng)提升到了98%的高度，比任何火力發(fā)電機(jī)組的可靠性和壽命都要高。目前為止，從國(guó)內(nèi)外的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展情況上來看風(fēng)力單位的千瓦成本和單位的電能價(jià)格相比于傳統(tǒng)的火力發(fā)電，它的成本要低很多，也因此比常規(guī)的發(fā)電方式更具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2.2 風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)目前為止最為常用的分別是矢量控制技術(shù)以及模糊控制技術(shù)。矢量控制技術(shù)主要是通過矢量控制算法來對(duì)定子的相位值以及電流的頻率等矢量參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和控制，將風(fēng)力發(fā)電中的直流轉(zhuǎn)換成交流。而模糊控制技術(shù)相對(duì)于前者來說是目前為止的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中更加先進(jìn)智能的控制技術(shù)，模糊控制實(shí)際上是利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)人腦的思維模式進(jìn)行模擬，通過對(duì)于風(fēng)向和風(fēng)力的變化經(jīng)驗(yàn)等各種因素做出判斷，得到信息以后再對(duì)所得出的結(jié)果進(jìn)行精確和完善，采用最可靠的數(shù)據(jù)，在風(fēng)能資源豐富的地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用[2]。

3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組成和分類

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的所有設(shè)備當(dāng)中，機(jī)艙是最關(guān)鍵的設(shè)備之一，機(jī)艙的組成包括變速箱和發(fā)電機(jī)。相關(guān)管理工作人員可以通過風(fēng)力渦輪機(jī)從而進(jìn)入機(jī)艙中，機(jī)艙的左邊是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子就是轉(zhuǎn)子葉片和軸。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片最主要的功能在于在自然環(huán)境下，通過對(duì)風(fēng)進(jìn)行捕捉并且將風(fēng)傳遞到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上，現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般是是六百千瓦的發(fā)電機(jī)，每個(gè)旋翼的葉片長(zhǎng)度可以達(dá)到20米左右，類似于現(xiàn)代飛機(jī)的機(jī)翼部分。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)中軸心部分是轉(zhuǎn)子軸和風(fēng)機(jī)的低速軸相連接，但是在新時(shí)代的600千瓦的風(fēng)力渦輪機(jī)上進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的速度還是太慢，但軸上安裝了一個(gè)用于液壓系統(tǒng)工作的管子，從而促進(jìn)氣動(dòng)水閘的工作。

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組成中，齒輪箱是一項(xiàng)重要的機(jī)械組成部分，左側(cè)屬于低速軸，右側(cè)的高速軸可以幫助低速軸提高速度達(dá)到50倍左右。高速軸及其機(jī)械閘中的高速軸每分鐘轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。裝有氣動(dòng)水閘故障或風(fēng)輪機(jī)修理時(shí)要緊急閘門。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)組成部分比較特殊，在通常情況下稱為異步發(fā)電機(jī)或者是異步電動(dòng)機(jī)，在21世紀(jì)新時(shí)代，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率已經(jīng)達(dá)到了500至1500千瓦，其中發(fā)電機(jī)和變速箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)所有的組成部分中最為關(guān)鍵的部件。

4 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展前景

在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)出現(xiàn)之前煤炭是中國(guó)最主要的能源之一，火力發(fā)電也是中國(guó)最傳統(tǒng)的發(fā)電形式，但是隨著時(shí)代的推移，火力發(fā)電所需要的能源大多數(shù)都是一些不可再生而且會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染的化石能源，這些能源的長(zhǎng)期使用已經(jīng)逐漸影響到了人類的生存環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。為了改變這種情況，清潔能源的發(fā)展前景逐漸廣闊，各種高新技術(shù)也逐漸開始應(yīng)用到清潔能源當(dāng)中。而風(fēng)能在清潔能源當(dāng)中的發(fā)展前景和發(fā)展情況最為良好。是目前所有清潔能源當(dāng)中發(fā)展的重點(diǎn)，中國(guó)幅員遼闊，海岸線長(zhǎng)，而且具有相當(dāng)豐富的風(fēng)能資源，所以風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展會(huì)有更大的發(fā)展空間，在未來的清潔能源發(fā)展中占主導(dǎo)地位。

5 結(jié)束語

中國(guó)的風(fēng)能資源豐富，風(fēng)力發(fā)電在中國(guó)具有廣闊的發(fā)展前景，在國(guó)家大力推廣清潔能源的背景下，對(duì)提高風(fēng)機(jī)制造技術(shù)，打造國(guó)內(nèi)風(fēng)電設(shè)備，以及風(fēng)能資源測(cè)量和調(diào)查工作具有重要作用，面對(duì)全球環(huán)境污染和氣候問題，清潔能源是唯一的出路，風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展也是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。