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

朱丹青 張素龍

1. 國家電投集團廣西電力有限公司桂林分公司 廣西 桂林 541000；2. 國家電投集團廣西靈川風(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，正是因為風(fēng)力發(fā)電擁有其他大多數(shù)清潔能源沒有的優(yōu)勢，所以風(fēng)力發(fā)電成為新時代發(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)電在我國具有一定的發(fā)展基礎(chǔ)，我國的能源結(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)展機遇。風(fēng)力發(fā)電之所以成為國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，也可以對不可再生能源造成的輻射和空氣污染等環(huán)境問題進行改善，所以風(fēng)力發(fā)電因此迎來了發(fā)展新時代。

1 風(fēng)力發(fā)電機

風(fēng)力渦輪機也稱為風(fēng)車，工作原理最主要的是通過風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能，然后再轉(zhuǎn)化為電能的一種工作原理，機械動力驅(qū)動轉(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)電機產(chǎn)生電能的出發(fā)點。所以這種設(shè)備就叫作風(fēng)力發(fā)電機。風(fēng)力發(fā)電機實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)進行熱發(fā)電的一種機械設(shè)備。在自然情況下，當(dāng)風(fēng)力等級達到了三級之后就可以通過風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)生電能，風(fēng)力發(fā)電機的工作原理和傳統(tǒng)風(fēng)車是十分相似的，通過風(fēng)力來帶動風(fēng)力發(fā)電機的葉輪轉(zhuǎn)動，通過葉輪的旋轉(zhuǎn)收集風(fēng)能，然后再通過增速機加速葉輪的旋轉(zhuǎn)。從而達到產(chǎn)生電能的效果[1]。

2 風(fēng)力發(fā)電的特點和相關(guān)技術(shù)

2.1 風(fēng)力發(fā)電的特點

風(fēng)力發(fā)電最主要的特點在于風(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，而且對環(huán)境問題可以進行一定的改善。這是任何火力發(fā)電都不可以相提并論的優(yōu)點。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，目前我國的大中型風(fēng)力發(fā)電機組，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)電機組的可靠性和壽命都要高。目前為止，從國內(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)電方式更具有市場競爭力。

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定子的相位值以及電流的頻率等矢量參數(shù)進行計算和控制，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)中更加先進智能的控制技術(shù)，模糊控制實際上是利用計算機軟件對人腦的思維模式進行模擬，通過對于風(fēng)向和風(fēng)力的變化經(jīng)驗等各種因素做出判斷，得到信息以后再對所得出的結(jié)果進行精確和完善，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)電機的組成和分類

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

風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子葉片最主要的功能在于在自然環(huán)境下，通過對風(fēng)進行捕捉并且將風(fēng)傳遞到風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子軸上，現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機一般是是六百千瓦的發(fā)電機，每個旋翼的葉片長度可以達到20米左右，類似于現(xiàn)代飛機的機翼部分。

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

在風(fēng)力發(fā)電機的組成中，齒輪箱是一項重要的機械組成部分，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到50倍左右。高速軸及其機械閘中的高速軸每分鐘轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)，驅(qū)動發(fā)電機。裝有氣動水閘故障或風(fēng)輪機修理時要緊急閘門。風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)電機組成部分比較特殊，在通常情況下稱為異步發(fā)電機或者是異步電動機，在21世紀新時代，我國的風(fēng)力發(fā)電機的輸出功率已經(jīng)達到了500至1500千瓦，其中發(fā)電機和變速箱是風(fēng)力發(fā)電機所有的組成部分中最為關(guān)鍵的部件。

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

在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)出現(xiàn)之前煤炭是中國最主要的能源之一，火力發(fā)電也是中國最傳統(tǒng)的發(fā)電形式，但是隨著時代的推移，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產(chǎn)生環(huán)境污染的化石能源，這些能源的長期使用已經(jīng)逐漸影響到了人類的生存環(huán)境和經(jīng)濟發(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，中國幅員遼闊，海岸線長，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)在中國的發(fā)展會有更大的發(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

中國的風(fēng)能資源豐富，風(fēng)力發(fā)電在中國具有廣闊的發(fā)展前景，在國家大力推廣清潔能源的背景下，對提高風(fēng)機制造技術(shù)，打造國內(nèi)風(fēng)電設(shè)備，以及風(fēng)能資源測量和調(diào)查工作具有重要作用，面對全球環(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。