風力電站

利用風能驅動風輪機以帶動發電機生產電能的電廠。風力電站主要由能量轉換裝置、蓄能裝置、控制系統等構成。風能屬可再生能源，又不存在污染，具有廣闊的應用前景。

風力發電始於20世紀30年代，以荷蘭、丹麥等國應用較早。70年代以來，北美、西歐、北歐等國家對風力發電進行了大量的研究工作，取得了很大進展。80年代末已研製出風輪直徑達100米、輸出功率達 4000～5000千瓦的風力發電機組，並建成容量達60.9萬千瓦風力田。

風力發電特點 風能的能量密度低，空氣的密度僅約為水的密度的。因此，實現能量轉換的風輪機體積較大、造價較高，單機容量也不能做得很大。風能又是一種隨機性能源，且具間歇性，因此必須和一定的蓄能方式相結合才能實現連續供電。表徵風能的參數有風速、風頻、風能密度、風能利用率以及可用風速等。風速分瞬間風速（0.5～2秒內的風速）和平均風速（某一時間間隔內各瞬間風速的平均值）。風頻指在一定的時間間隔內，相同風速發生的時數占颳風總時數的百分比。風能密度指與風向垂直的單位面積內單位時間所承受的風能。由下式表示

式中E 為風能密度,ρ為空氣密度,v為風速。風能利用率指風力機械從輸入風能中提取到的可用能所佔的比值，以ξ表示

式中P為風輪機輸出功率;Pin為吹入風輪機的風能功率；,vs為出口平均風速,v為入口平均風速。由於流經風輪后的風速不可能為零，升力型葉輪的 ξ的最大值為0.593。這一極限稱為貝茨極限。可用風速指風輪機能正常工作的風速，一般為2～22米／秒，超過這一風速時，風輪機自動閉鎖。

風力電站組成 主要有以下3部分。①能量轉換裝置(見圖): 將風能轉換為電能的機電設備。包括風輪機、發電機等。有時在風輪機與發電機之間還裝有升速傳動裝置。②蓄能裝置：保證風力發電機連續向負荷供電的輔助設備。這是為克服風能的波動性和隨機性所導致的發電不連續而設置的。風力發電系統採用的蓄能方式有抽水蓄能、壓縮空氣蓄能、飛輪蓄能、風力致熱蓄能、蓄電池蓄能等。③控制系統：控制風輪機和發電機以保證供電質量的系統。由於風能是時刻變化的，需採用控制系統，如調速系統、勵磁調節系統等，以保證發電機輸出電能的頻率和電壓恆定。典型的風-電能量轉換裝置如圖所示。

運行方式 小型風力發電裝置多採用永磁式交流發電機；大中型風力發電裝置普遍採用同步發電機和感應發電機。風力發電系統的運行方式一般可分為孤立運行、併網運行和集群式風力發電站運行。在風能資源非常豐富的地區建造集群式風力發電站，可以做到在風力情況變化時相互補充，提供較為穩定連續的電能。組成集群式風力發電站的風力發電機容量多在數十千瓦至數百千瓦等級。風力發電還可與其他可再生能源(如太陽能)或常規能源發電系統聯合運行，以確保不間斷地供電。孤立運行的風力發電裝置多為幾十瓦到幾千瓦的中小容量機組，一般採用直流發電機，並利用蓄電池組保持一定電壓，無風時還可用蓄電池供電。高能電池的出現改善了這種發電方式的結構和運行工況。併網運行和集群式風力電站的機組容量多在幾十千瓦到幾百千瓦以上，一般採用交流發電機，風輪機的塔架可隨風向轉動。80年代末，西班牙在籌建歐洲最大的風力電站，總裝機容量5萬千瓦，由500颱風力發電機組成，耗資約6350萬美元。

風力電站前景 風能源於太陽輻射能，太陽輻射中被地球大氣層吸收的約有瓦，這些輻射能促成了大氣的對流運動，其中一部分即為風的動能。世界氣象組織(WMO)根據各國氣象台、站的風力觀測資料分析估計，地球上海洋和陸地上的風能資源約為200億千瓦，其中陸地上約佔100億千瓦。如果這些風能全部得到利用，發出的電力約相當於地球上可以利用的水能資源發出電力的10倍，或者約相當於80年代末世界發電總量的200倍。因此，在解決目前存在的一些技術問題后，風力電站的建設會有大的發展。