策劃整理 | 風(fēng)電頭條  霍文利

是什么

定義：風(fēng)力發(fā)電機是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械功，機械功帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，最終輸出交流電的電力設(shè)備。風(fēng)力發(fā)電機一般有風(fēng)輪、發(fā)電機(包括裝置)、調(diào)向器(尾翼)、塔架、限速安全機構(gòu)和儲能裝置等構(gòu)件組成。

第一個發(fā)電的風(fēng)車

歷史：人們利用風(fēng)能的歷史有3000多年，1891年,丹麥人PoulLaCour第一個制造了用來發(fā)電的風(fēng)車。1941-42丹麥的F.L.Smidth公司建造的風(fēng)車可以看成世界現(xiàn)代風(fēng)車的前身。

風(fēng)力發(fā)電機原理

風(fēng)力發(fā)電的原理，是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械能，機械能轉(zhuǎn)換為電能的電力設(shè)備。廣義地說，它是一種以太陽為熱源，以大氣為工作介質(zhì)的熱能利用發(fā)動機。是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。

風(fēng)力發(fā)電機因風(fēng)量不穩(wěn)定，故其輸出的是13～25V變化的交流電，須經(jīng)充電器整流，再對蓄電瓶充電，使風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)生的電能變成化學(xué)能。然后用有保護電路的逆變電源，把電瓶里的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成交流220V市電，才能保證穩(wěn)定使用。

風(fēng)力發(fā)電機構(gòu)造

風(fēng)力發(fā)電機由機頭、轉(zhuǎn)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(fēng)力并通過機頭轉(zhuǎn)為電能；尾翼使葉片始終對著來風(fēng)的方向從而獲得最大的風(fēng)能；轉(zhuǎn)體能使機頭靈活地轉(zhuǎn)動以實現(xiàn)尾翼調(diào)整方向的功能；機頭的轉(zhuǎn)子是永磁體，定子繞組切割磁力線產(chǎn)生電能。

機艙：機艙包容著風(fēng)力發(fā)電機的關(guān)鍵設(shè)備，包括齒輪箱、發(fā)電機。維護人員可以通過風(fēng)力發(fā)電機塔進入機艙。機艙左端是風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)子，即轉(zhuǎn)子葉片及軸。

轉(zhuǎn)子葉片：捉獲風(fēng)，并將風(fēng)力傳送到轉(zhuǎn)子軸心。

軸心：轉(zhuǎn)子軸心附著在風(fēng)力發(fā)電機的低速軸上。

低速軸：風(fēng)力發(fā)電機的低速軸將轉(zhuǎn)子軸心與齒輪箱連接在一起。

齒輪箱：齒輪箱左邊是低速軸，它可以將高速軸的轉(zhuǎn)速提高至低速軸的50倍。

高速軸及其機械閘：高速軸以1500轉(zhuǎn)每分鐘運轉(zhuǎn)，并驅(qū)動發(fā)電機。它裝備有緊急機械閘，用于空氣動力閘失效時，或風(fēng)力發(fā)電機被維修時。

發(fā)電機：通常被稱為感應(yīng)電機或異步發(fā)電機。

偏航裝置：借助電動機轉(zhuǎn)動機艙，以使轉(zhuǎn)子正對著風(fēng)。偏航裝置由電子控制器操作，電子控制器可以通過風(fēng)向標來感覺風(fēng)向。

電子控制器：包含一臺不斷監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電機狀態(tài)的計算機，并控制偏航裝置。為防止任何故障（即齒輪箱或發(fā)電機的過熱），該控制器可以自動停止風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)動，并通過電話調(diào)制解調(diào)器來呼叫風(fēng)力發(fā)電機操作員。

液壓系統(tǒng)：用于重置風(fēng)力發(fā)電機的空氣動力閘。

冷卻元件：包含一個風(fēng)扇，用于冷卻發(fā)電機。此外，它包含一個油冷卻元件，用于冷卻齒輪箱內(nèi)的油。一些風(fēng)力發(fā)電機具有水冷發(fā)電機。

塔：風(fēng)力發(fā)電機塔載有機艙及轉(zhuǎn)子。通常高的塔具有優(yōu)勢，因為離地面越高，風(fēng)速越大。

風(fēng)速計及風(fēng)向標：用于測量風(fēng)速及風(fēng)向

尾舵：常見于水平軸上風(fēng)向的小型風(fēng)力發(fā)電機（一般在10KW及以下）。位于回轉(zhuǎn)體后方，與回轉(zhuǎn)體相連。主要作用一為調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)向，使風(fēng)機正對風(fēng)向。作用二是在大風(fēng)風(fēng)況的情況下使風(fēng)力機機頭偏離風(fēng)向，以達到降低轉(zhuǎn)速，保護風(fēng)機的作用。

風(fēng)力發(fā)電機類型分類

依風(fēng)機旋轉(zhuǎn)主軸的方向可分為：

水平軸式風(fēng)機：轉(zhuǎn)動軸與地面平行，葉輪需隨風(fēng)向變化而調(diào)整位置；

垂直軸式風(fēng)機：轉(zhuǎn)動軸與地面垂直，設(shè)計較簡單，葉輪不必隨風(fēng)向改變而調(diào)整方向。

按槳葉受力方式分：

升力型風(fēng)機和阻力型風(fēng)機

按槳葉數(shù)量分類分：

“單葉片”﹑“雙葉片”﹑“三葉片”和“多葉片”型風(fēng)機；

按照風(fēng)機接受風(fēng)的方向分：

上風(fēng)向型：葉輪正面迎著風(fēng)向

下風(fēng)向型：葉輪背順著風(fēng)向，兩種類型。

按照功率傳遞的機械連接方式的不同分為：

“有齒輪箱型風(fēng)機”和無齒輪箱的“直驅(qū)型風(fēng)機”。

根據(jù)按槳葉接受風(fēng)能的功率調(diào)節(jié)方式可分為：

“定槳距（失速型）機組和“變槳距機組

按照葉輪轉(zhuǎn)速是否恒定可分為：

“恒速風(fēng)力發(fā)電機組和“變速風(fēng)力發(fā)電機組

據(jù)風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)電機類型可分為兩大類：

“異步發(fā)電機型” “同步發(fā)電機型”

異步發(fā)電機按其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同又可分為：

(a) 籠型異步發(fā)電機；(b) 繞線式雙饋異步發(fā)電機

同步發(fā)電機型按其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的磁極的類型又可分為：

(a) 電勵磁同步發(fā)電機；(b) 永磁同步發(fā)電機

根據(jù)風(fēng)機的輸出端電壓高低化可分為：

“高壓風(fēng)力發(fā)電機和“低壓風(fēng)力發(fā)電機

根據(jù)風(fēng)機的額定功率化可分為：

微型機：10 kW 以下

小型機：10 kW 至100 kW

中型機：100 kW 至1000 kW

大型機：1000 kW 以上（MW 級風(fēng)機）

直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機

永磁同步發(fā)電機從結(jié)構(gòu)上分有外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子之分。

風(fēng)力發(fā)電機維護

定期維護檢修

定期檢修維護工作的主要內(nèi)容有：風(fēng)機所有聯(lián)接件之間的螺栓力矩檢查(包括電氣連接),各傳動部件之間的潤滑油脂和各項功能測試自檢。定期維護可以讓設(shè)備保持最佳期的運行狀態(tài),并延長風(fēng)機的使用壽命。

風(fēng)機運行中時,各聯(lián)接部件的螺栓長期運行在各種振動的合力當(dāng)中,極易使其松動,為了不使其在松動后導(dǎo)致局部螺栓受力不均被剪切,必須定期對其進行螺栓力矩的檢查。

潤滑系統(tǒng)有稀油潤滑(或稱礦物油潤滑)和干油潤滑(或稱潤滑脂潤滑)兩種方式。

風(fēng)力發(fā)電機的齒輪箱和偏航減速齒輪箱采用的是稀油潤滑方式,維護方法是補加和采樣化驗法,這些部件由于運行溫度較高,極易變質(zhì),導(dǎo)致軸承磨損。

風(fēng)機日常維護

風(fēng)機在運行中,經(jīng)常會出現(xiàn)一些故障必須到現(xiàn)場去處理,有時可進行一下常規(guī)的維護工作。

首先：要仔細檢查風(fēng)機內(nèi)部的安全平臺和梯子是否牢固,升降機是否工作正常，塔筒里的照明是否良好，液壓站的表計壓力是否正常液壓油及齒輪箱油位是否在正常位置,轉(zhuǎn)動部件與旋轉(zhuǎn)部件之間有無磨損,齒輪油及液壓油的濾清器的指示是否在正常位置及運轉(zhuǎn)聲音等。

第二：聽一下控制柜里是否有放電的聲音或異常聲音,有聲音就可能是有接線端子松動,或接觸不良,須仔細檢查,聽偏航時的聲音是否正常,有無干磨的聲響,聽齒輪箱有無異響,聽剎車閘盤與閘墊之間有無異響,聽發(fā)電機的工作聲音和軸承有無異響,聽葉片的切風(fēng)聲音是否正常。

第三：工作后要清理干凈工作現(xiàn)場,便于今后工作中觀察有無泄漏。

雖然上述的常規(guī)維護檢修項目并不是很完全,我們只要每次都能做到認真、仔細,一定能提前預(yù)防，盡早發(fā)現(xiàn)及時處理，防止出現(xiàn)故障隱患,提高設(shè)備的使用完好率和可利用率。

十款最火的風(fēng)力發(fā)電機

歌美颯2.0風(fēng)機

歌美颯G97-2.0是歌美颯2.0MW風(fēng)機系列的最新成員之一，是市場上最常用最受歡迎的風(fēng)機品牌。改風(fēng)機是為了滿足日益增長的中低速風(fēng)場高產(chǎn)能的需求而生產(chǎn)的。歌美颯2.0風(fēng)機已經(jīng)在37個國家裝機22GW，成為市場上最成功的風(fēng)機品牌之一，如今又有新出的G97-2.0MW風(fēng)機。

金風(fēng)GE82-1.5

金風(fēng)GE82-1.5轉(zhuǎn)輪直徑為82m，掃風(fēng)面積為5324平方米，切入風(fēng)速是3米每秒，是三葉片、變漿變速、直驅(qū)永磁同步風(fēng)電機組，機組生存溫度可達到-40攝氏度至+50攝氏度。

維斯塔斯V100-2.0

維斯塔斯V100-2.0直徑100米，葉片長度為49米，切入風(fēng)速為3米每秒，掃風(fēng)面積為7854平方米。在中低速風(fēng)電場開發(fā)中提升風(fēng)電產(chǎn)出，可在-30攝氏度的低溫下正常運行。由于其49米長的葉片，風(fēng)機可以在中低速風(fēng)場產(chǎn)出更多風(fēng)電，將為客戶提供更多的利益。

金風(fēng)GW93-1.5

金風(fēng)GW93-1.5轉(zhuǎn)輪直徑為93米，掃風(fēng)面積為6733平方米，切入風(fēng)速是2.5米每秒，是三片葉、變槳距、永磁直驅(qū)風(fēng)電機組，機組生存溫度可達到-40攝氏度至+50攝氏度。

GE 1.7-100

GE 1.7-100葉片直徑為103米，葉片長度為48.7米，與GE1.6-82.5相比掃風(fēng)區(qū)域增大47%，在7.5米每秒的風(fēng)速中比1.7-100AEP多產(chǎn)出24%的風(fēng)電。GE1.7-100在7.5米每秒風(fēng)度的總裝機中占比57%，遙遙領(lǐng)先。

金風(fēng)GW87-1.5

金風(fēng)GW87-1.5轉(zhuǎn)輪直徑為87米，掃風(fēng)面積為5909平方米，切入風(fēng)速為3米每秒，是三葉片、變槳距、是永磁直驅(qū)風(fēng)電機組，機組生存溫度可達到-40攝氏度至+50攝氏度。

金風(fēng)GW115-2.0

金風(fēng)GW115-2.0轉(zhuǎn)輪直徑為115米，葉片長56.5米，切入風(fēng)速為2.5米每秒。金風(fēng)科技1152.0MW機組是新疆金風(fēng)科技股份有限公司專門針對超低風(fēng)速區(qū)域設(shè)計的一款新型機組，具有技術(shù)先進，可靠性高等特點，是金風(fēng)科技最具優(yōu)勢機組之一。它在設(shè)計上實現(xiàn)了新的技術(shù)突破，采用了全新的設(shè)計概念“額定功率下最佳葉輪跟蹤”，顯著提升了吸風(fēng)效率。

海裝風(fēng)電HZ111-2.0

海裝風(fēng)電HZ111-2.0風(fēng)機直徑為111米，切入風(fēng)速是3米每秒，掃風(fēng)面積為9677平方米。是海裝風(fēng)電針對中國弱三類風(fēng)機需求開發(fā)的一款新產(chǎn)品，為三葉片、上風(fēng)向、水平軸、電氣變漿、變速恒頻、主動對風(fēng)、傳動鏈采用兩點支撐原理的機組。

維斯塔斯V110-2.0

維斯塔斯V110-2.0直徑為110米，葉片長度54米，掃風(fēng)面積為9503平方米，能在3米每秒的風(fēng)速中啟動，也能在-30攝氏度至40攝氏度的溫度區(qū)間正常運轉(zhuǎn)。

西門子SWT-2.3-108

西門子SWT-2.3-108直徑108米，葉片長度53米，掃風(fēng)面積為9144平方米，是西門子2.3MW風(fēng)機的新成員，它在低風(fēng)速風(fēng)電場中能產(chǎn)出更多風(fēng)電，是獲得客戶高度認可的成功案例之一。

風(fēng)機小知識

風(fēng)機葉片為何很窄

首先大家要知道：風(fēng)力機是用來吸收風(fēng)能而不是用來阻擋風(fēng)能的！

像家用風(fēng)扇的扇葉有兩種，風(fēng)扇是為了產(chǎn)生更大的風(fēng)，而風(fēng)力發(fā)電是為了更多的利用風(fēng)能，產(chǎn)生一個讓它旋轉(zhuǎn)的力，也就是通過扇葉的弧度產(chǎn)生的向側(cè)面的力。

但是風(fēng)能有一個問題，風(fēng)吹的面積很大，如果扇葉面積大了，一是向后推的力太大，風(fēng)力發(fā)電機會倒，二是風(fēng)能利用率太低了（扇葉面積大了大部分風(fēng)能都無法被轉(zhuǎn)換成側(cè)面的推力）。

現(xiàn)在采用的三葉片和低寬度（實度），在旋轉(zhuǎn)起來的情況下，能夠最大限度的吸收風(fēng)能。葉片設(shè)置的寬了，反而影響氣流通過葉片旋轉(zhuǎn)平面，不利于風(fēng)能的吸收，通過風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面前風(fēng)速v1與平面后風(fēng)速v2以一定比例時，其效率最高，為59.3％，也稱為貝茨極限。

風(fēng)機為何是三個葉片

其實風(fēng)機的葉片數(shù)目有1到8片甚至十幾片不等，但是常見的卻是三葉片風(fēng)機。

先介紹一個有關(guān)風(fēng)力發(fā)電機葉片數(shù)目的概念——風(fēng)輪實度。風(fēng)力機葉片(在風(fēng)向投影)的總面積與風(fēng)通過風(fēng)輪的面積(風(fēng)輪掃掠面積)之比稱為實度(或稱實度比、容積比)。圖2是單葉片、雙葉片、三葉片、12葉片四種風(fēng)輪的示意圖，風(fēng)輪實度的計算方法如下： S為每個葉片對風(fēng)向的投影面積，R為風(fēng)輪半徑，B為葉片個數(shù)，σ為實度 σ=BS/πR^2。

圖2中從單葉片到三葉片的風(fēng)輪實度比低，是低實度風(fēng)輪，12葉片的風(fēng)輪實度比高，是高實度風(fēng)輪。從圖中看三個細細的葉片似乎讓大多數(shù)

風(fēng)都漏掉了，為什么不采用多葉片風(fēng)輪以便接受更多風(fēng)能呢？

圖3左圖是風(fēng)通過普通三葉片的氣流示意圖，氣流通過葉輪做功后速度減慢，氣流體積有所增大。圖3右圖是風(fēng)通過多葉片的氣流示意圖，多葉片大大增加了氣體通過的阻力，氣流會分開繞過葉輪流向后方，只有部分氣流通過葉輪做功。由于阻力大，通過葉片的風(fēng)速也會降低，所以葉輪實際得到的風(fēng)功率減少了，這就是多葉片風(fēng)力機得不到更多風(fēng)能的重要原因。

低實度少葉片風(fēng)輪是不是讓絕大部分氣流漏掉了呢?也不是。低實度風(fēng)力機運轉(zhuǎn)速度較高，葉片線速度較風(fēng)速高許多倍，可掃過大部分通過的氣流，沒經(jīng)過葉片的僅是少部分，大部分通過的氣流都推動葉片運轉(zhuǎn)，大部分風(fēng)能得到利用。選取多少葉片合適，國內(nèi)外做了大量實驗，二、三、四葉片是風(fēng)力發(fā)電機常用的選擇，用得最多的是三葉片。當(dāng)然選擇三個葉片還有風(fēng)力機結(jié)構(gòu)強度、制造成本、噪音、外觀等原因。

多葉片風(fēng)輪的實度大，風(fēng)能利用率相對低一些。在風(fēng)速穩(wěn)定的地區(qū)特別是低風(fēng)速地區(qū)，根據(jù)不同用途，采用4至8個葉片的風(fēng)力機有可能獲得較好的風(fēng)能利用效果。

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