風力發電機

許多世紀以來，風力機同水力機械一樣，作為動力源替代人力、畜力，對生產力的發展發揮過重要作用。近代機電動力的廣泛應用以及二十世紀50年代中東油田的發現，使風力機的發展緩慢下來。

70年代初期，由於“石油危機”，出現了能源緊張的問題，人們認識到常規礦物能源供應的不穩定性和有限性，於是尋求清潔的可再生能源遂成為現代世界的一個重要課題。風能作為可再生的、無污染的自然能源又重新引起了人們重視。

2020年10月27日，在距離長江口南支航道0.7海里的風機塔上，東海航海保障中心上海航標處順利完成臨港海上風電場AIS(船舶自動識別系統)基站的新建工作，中國首個海上風機塔AIS基站宣告建成。

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動機。風力發電利用的是自然能源。相對柴油發電要好的多。但是若應急來用的話，還是不如柴油發電機。風力發電不可視為備用電源，但是卻可以長期利用。

風力發電的原理，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，來促使發電機發電。依據目前的風力發電機技術，大約是每秒三公尺的微風速度（微風的程度），便可以開始發電。

風力發電正在世界上形成一股熱潮，因為風力發電沒有燃料問題，也不會產生輻射或空氣污染。

風力發電在芬蘭、丹麥等國家很流行；我國也在西部地區大力提倡。小型風力發電系統效率很高，但它不是只由一個發電機頭組成的，而是一個有一定科技含量的小系統：風力發電機+充電器+數字逆變器。風力發電機由機頭、轉體、尾翼、葉片組成。每一部分都很重要，各部分功能為：葉片用來接受風力並通過機頭轉為電能；尾翼使葉片始終對著來風的方向從而獲得最大的風能；轉體能使機頭靈活地轉動以實現尾翼調整方向的功能；機頭的轉子是永磁體，定子繞組切割磁力線產生電能。

風力發電機因風量不穩定，故其輸出的是13～25V變化的交流電，須經充電器整流，再對蓄電瓶充電，使風力發電機產生的電能變成化學能。然後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，才能保證穩定使用。

機械連接與功率傳遞：水平軸風機槳葉通過齒輪箱及其高速軸與萬能彈性聯軸節相連，將轉矩傳遞到發電機的傳動軸，此聯軸節應按具有很好的吸收阻尼和震動的特性，表現為吸收適量的徑向、軸向和一定角度的偏移，並且聯軸器可阻止機械裝置的過載。另一種為直驅型風機槳葉不通過齒輪箱直接與電機相連風機電機類型

機艙：機艙包容著風力發電機的關鍵設備，包括齒輪箱、發電機。維護人員可以通過風力發電機塔進入機艙。機艙左端是風力發電機轉子，即轉子葉片及軸。

轉子葉片：捉獲風，並將風力傳送到轉子軸心。現代600千瓦風力發電機上，每個轉子葉片的測量長度大約為20米，而且被設計得很象飛機的機翼。

軸心：轉子軸心附著在風力發電機的低速軸上。

低速軸：風力發電機的低速軸將轉子軸心與齒輪箱連接在一起。在現代600千瓦風力發電機上，轉子轉速相當慢，大約為19至30轉每分鐘。軸中有用於液壓系統的導管，來激發空氣動力閘的運行。

齒輪箱：齒輪箱左邊是低速軸，它可以將高速軸的轉速提高至低速軸的50倍。

高速軸及其機械閘：高速軸以1500轉每分鐘運轉，並驅動發電機。它裝備有緊急機械閘，用於空氣動力閘失效時，或風力發電機被維修時。

發電機：通常被稱為感應電機或非同步發電機。在現代風力發電機上，最大電力輸出通常為500至1500千瓦。

偏航裝置：藉助電動機轉動機艙，以使轉子正對著風。偏航裝置由電子控制器操作，電子控制器可以通過風向標來感覺風向。圖中顯示了風力發電機偏航。通常，在風改變其方向時，風力發電機一次只會偏轉幾度。

電子控制器：包含一台不斷監控風力發電機狀態的計算機，並控制偏航裝置。為防止任何故障（即齒輪箱或發電機的過熱），該控制器可以自動停止風力發電機的轉動，並通過電話數據機來呼叫風力發電機操作員。

液壓系統：用於重置風力發電機的空氣動力閘。

冷卻元件：包含一個風扇，用於冷卻發電機。此外，它包含一個油冷卻元件，用於冷卻齒輪箱內的油。一些風力發電機具有水冷發電機。

塔：風力發電機塔載有機艙及轉子。通常高的塔具有優勢，因為離地面越高，風速越大。現代600千瓦風汽輪機的塔高為40至60米。它可以為管狀的塔，也可以是格子狀的塔。管狀的塔對於維修人員更為安全，因為他們可以通過內部的梯子到達塔頂。格狀的塔的優點在於它比較便宜。

風速計及風向標：用於測量風速及風向

尾舵：常見於水平軸上風向的小型風力發電機（一般在10KW及以下）。位於迴轉體後方，與迴轉體相連。主要作用一為調節風機轉向，使風機正對風向。作用二是在大風風況的情況下使風力機機頭偏離風向，以達到降低轉速，保護風機的作用。

根據定槳矩失速型風機和變速恆頻變槳矩風機的特點，國內目前裝機的電機一般分為二類:

（1）籠型非同步發電機；功率為600/125kW 750kW 800kW 12500kW

定子向電網輸送不同功率的50Hz交流電;

（2）繞線式雙饋非同步發電機；功率為1500kW

定子向電網輸送50Hz交流電，轉子由變頻器控制，向電網間接輸送 有功或無功功率。

（1）永磁同步發電機；功率為750kW 1200kW 1500kW 由永磁體產生磁場，定子輸出經全功率整流逆變後向電網輸送50Hz交流電

（2）電勵磁同步發電機；由外接到轉子上的直流電流產生磁場，定子輸出經全功率整流逆變後向電網輸送50Hz交流電

根據葉片形式的不同，現有風力發電機分為以下兩類：

世界上目前利用最多的形式，功率最大5MW左右。

21世紀初由中國、日本、歐洲幾乎同時發明的一種新型風力發電機，有別於最早的垂直軸風力發電機（達里厄型），效率高於水平軸風力發電機，無噪音和轉向機構，維護簡單。已成為歐美市場中小型風力發電機的首選。世界上目前最大功率是由上海模斯電子設備有限公司（MUCE）生產的50千瓦垂直軸風力發電機，日本最大功率30千瓦，英美國家生產的功率在1千瓦到10千瓦之間。

最近，國內外多家公司提出了建造超大型垂直軸風力發電機的計劃（10MW），此項計劃得到落實后，由於成本遠低於目前的風力發電機，必將逐步取代水平軸風力發電機，成為世界新能源的主力軍！

研究表明提高風力發電機可靠性的途徑主要包括以下內容。

首先要組建一個具有可靠性理論知識的工程師團隊，培養工程師在工作過 程中逐漸掌握可靠性理論 ,並讓他們理解可靠性對風力發電機組運行和發展的重要性和意義。

可靠性工程師需要在產品設計的早期階段關注可靠性問題，並評估設計概念對可靠性產生的影響。同時利用計算機輔助工程分析軟體對產品進行反覆設計和測試，以解決設計上的問題，從而設計出高可靠性風力發電機的模型。

風力發電機組的組件提供商必須使正規的測試成為常規，以確保配件的可靠性，同時，對於風力發電機組原型裝配測試也是絕對必要的。可靠性試驗的目的是儘早發 現潛在的問題，並最終使系統滿足其可靠性。可靠性測試應在多個層次進行，尤其是複雜的系統應在組件、組裝過程、子系統和系統的各個層面開展測試。如應先測試各組件，測試通過後再進行整體測試，從而降低項目風險。系統可靠性測試中，在每個級別測試后都應產生可靠性故障報告，再進行分析和糾正，這樣可提高可靠性試驗的水平。雖然這種測試要花費大量的時間和費用，但是這些比起在實際運行中因故障而長期停機和由於產品的 不穩定所造成的損失，還是值得的。對於海上風力發電機，這種測試更需要嚴格執行。

風力發電機組設備可使用如振動監測分析設備或安裝能發現緊急故障早期徵兆的精密儀器。這些狀態監測系統(Condition M onitoring Sy stems, CMS)在發現問題超過預警時，可觸發維護過程。故預知維修與狀態檢修也是提高系統可靠性的重要方式。

2006年，中國共有風電機組6469台，其中兆瓦級機組佔21.2%，2007年，這個比例躍升為38.1%，提高了16.9個百分點。2007年，全球風力發電的累計裝機容量已達9.41萬兆瓦，比上一年的7.42萬兆瓦增加27%。2007年，中國風電裝機為605萬千瓦，提前3年實現2010年的規劃目標；2001年到2007年的6年間，中國風電裝機增長了14倍；僅2007年一年，中國風電裝機就增加344.9萬千瓦，比中國風電有史以來的累積總量還多。隨著風電產業的高速發展，風電設備供不應求。

近年來，新興市場的風電發展迅速。在國家政策支持和能源供應緊張的背景下，中國的風電特別是風電設備製造業也迅速崛起，已經成為全球風電最為活躍的場所。2006年全球風電資金中9%投向了中國，總額達16.2億歐元（約162.7億元人民幣）。2007年，中國風電裝機容量已排名世界第五。

中國巨大的風電市場以及廉價的勞動力成本，吸引了大量國外風電巨頭紛紛在中國設廠，或採取與國內企業合資的方式，生產的產品都被貼上了中國製造的標籤。中國製造的風電設備產品佔據越來越大的市場份額，風機產品正在經歷一個由全球製造向中國製造的轉變。

由於風電屬於新能源範疇，無論是成本還是技術同傳統的火電、水電相比還有較大的差距，因而風電的快速發展需要國家政策的大力扶持。縱觀風電發展迅速的國家如德國、西班牙、印度，無一例外地都給予風電產業巨大的政策優惠。中國對風電的政策支持由來已久，力度也越來越大，政策支持的對象也由過去的注重發電轉向了注重扶持國內風電設備製造。國家的政策支持將是風電設備製造業迅猛發展的根本保障，隨著中國國產風機設備的自主製造能力不斷加強，國家的政策支持力度也將越來越大，風電設備製造業面臨難得的歷史發展機遇。

中國正逢風電(正逢風電市場調研)發展的大好時機，風電設備市場需求增加。另外，除了風電設備整機需求不斷增加之外，葉片、齒輪箱、大型軸承、電控等風電設備零部件的供給能力仍不能完全滿足需求，市場增長潛力巨大。因此中國風電設備製造業景氣持續。

2015年11月，我國海上最大風力發電機在福建莆田平海灣上安裝成功。該風機採用湘電XE128-5000機型，單機容量5MW，轉輪直徑128米，輪轂中心高度達81米，屬於福建莆田平海灣50MW海上風電項目。

通常人們認為，風力發電的功率完全由風力發電機的功率決定，總想選購大一點的風力發電機，而這是不正確的。目前的風力發電機只是給電瓶充電，而由電瓶把電能貯存起來，人們最終使用電功率的大小與電瓶大小有更密切的關係。功率的大小更主要取決於風量的大小，而不僅是機頭功率的大小。在內地，小的風力發電機會比大的更合適。因為它更容易被小風量帶動而發電，持續不斷的小風，會比一時狂風更能供給較大的能量。當無風時人們還可以正常使用風力帶來的電能，也就是說一台200W風力發電機也可以通過大電瓶與逆變器的配合使用，獲得500W甚至1000W乃至更大的功率出。

使用風力發電機，就是源源不斷地把風能變成我們家庭使用的標準市電，其節約的程度是明顯的，一個家庭一年的用電只需20元電瓶液的代價。而現在的風力發電機比幾年前的性能有很大改進，以前只是在少數邊遠地區使用，風力發電機接一個15W的燈泡直接用電，一明一暗並會經常損壞燈泡。而現在由於技術進步，採用先進的充電器、逆變器，風力發電成為有一定科技含量的小系統，並能在一定條件下代替正常的市電。山區可以藉此系統做一個常年不花錢的路燈；高速公路可用它做夜晚的路標燈；山區的孩子可以在日光燈下晚自習；城市小高層樓頂也可用風力電機，這不但節約而且是真正綠色電源。家庭用風力發電機，不但可以防止停電，而且還能增加生活情趣。在旅遊景區、邊防、學校、部隊乃至落後的山區，風力發電機正在成為人們的採購熱點。無線電愛好者可用自己的技術在風力發電方面為山區人民服務，使人們看電視及照明用電與城市同步，也能使自己勞動致富。

2009年5月，國家投資3萬億資金支持新能源，特別是風力發電行業。國家大力支持風電的發展！