提高风力发电效率的综述-北极星风力发电网

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世界能源消耗量的持续增加，使全球范围内的能源危机愈发明显，开发可再生能源以缓解能源危机、实现能源的可持续发展已成为世界各国能源发展的重大举措。风能因在世界范围内的蕴藏量巨大、可再生、分布广、无污染的特性，使风力发电成为世界能源发展的重要方向。近几年来，世界风力发电装机容量平均每年大约以30%的速度增长。中国作为世界化石能源消费的主要国，在面临化石燃料发电所带来的严重环境污染危机下，风能作为一种新型能源，但风能的利用效率过低，成为制约其发展的瓶颈。因此提高风能的利用效率十分重要。

风力发电

风力发电依靠风力机将风能转换为电能。图1为一台水平风力发电机的结构示意图。图中，风力机的风轮由三个用玻璃钢或尼龙等制成的叶片构成。风力吹动风轮旋转，并通过变速齿轮箱将风力机轴上的低速旋转(约为18～33r/rain)转变为发电机所需的高转速(800r/rain或1500r/min)，传给发电机轴使之旋转发电。

图1水平轴三叶片风力发电机结构简图

当风力发电机的风轮正对风向时，风轮得到的风能最大。为了保证风轮随时都迎着风向，在风力发电机中设有偏航系统。当装在机舱顶部的风向标测得风轮不正对风向时，会发出偏航指令，通过偏航系统使机舱和风轮绕塔架的垂直轴转动，以达到对准风向的目的。

风轮转速和发电机的输出功率是随风速增大而提高的。风速太大会使风轮转速过快和发电机超负荷运行，这些均会使风力发电机发生运行事故。为了保证风力发电机的安全运行，风力发电机中都设有限速安全装置以调节风力发电机风轮的转速，使之在一定风速范围内保持基本不变，以便风力发电机能在不同风况下稳定运行。

风轮转速调节方法主要有两类，一类是风轮叶片桨距固定型，另一类是风轮叶片桨距变动型。固定桨距型的调速方法为，当风速增大时，通过各种机构使风轮绕垂直轴回转，以偏离风向，减少迎风面和受到的风力以达到调速的目的。变桨距型的调速方法为，当风速变化时，通过一套桨叶角度调整装置转动桨叶，改变叶片与风力的作用角度，使风轮承受的风力发生变化，以此来达到调速的目的。

这两种调速方法中，前者结构相对较为简单，但机组结构受力较大，后者增加了桨叶角度调整装置，增加了造价但可使机组在高于额定风速情况下仍保持稳定的功率输出，提高发电量。因此中、小型风力发电机组较少采用变桨距调速方法，而大型风力发电机组大多采用变桨距调速方法。

除限速装置外，风力发电机还装有制动器。当风速太高时，制动器可以使风轮停转，以保证风力发电机在特大风速时的安全。

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