风力发电机的基础知识

风力发电机的基础知识
一、风的认知
从某一个角度讲，风是太阳能的一种表现形式。

1.风的成因：
①地球的自转
②温差: 地球表面的不同状态对太阳的吸热系数以及放热系数不同从而造成空气之间温度的差异，而导致风的形成。

(如水面比地面的吸热慢,放热也慢)。

2.风的运动轨迹
风在遇到障碍物后，都会形成湍流。

二、风力发电机
风力发电机是一种将风能转换为电能的一种发电装置，实现风能转换成机械能，再由发电机把机械能转换成电能的过程。

1.风力发电机的技术原理
三相三相不控桥整流蓄电池
(1)发电机为三相(即三根线)，输出三相应该是相互导通的,两根引出线的电阻是相同的,任意两根线一打是会出现火花。

(2)12V蓄电池充满电之后,电压会上升，一般蓄电认为电池充满在13.8V~14.5V之间。

用风力充电,蓄电池电压都会高,1.1V~1.3V为额定电压，多种蓄电池工作状态选择是不一样的。

10.2V切入逆变器。

发电机频率的监控,控制器增加监控点,电压信号选择保护。

2.风力发电机实际上是一个由风机叶片、发电机及尾舵组成的机组。

(1)最理想的叶片
叶片扫风面积越大，接受风能则越大。

叶片侧面叶型的不同设计，可提高转速，减小阻力。

叶片理论极限值CP(max)=0.593
P∝SρO3 *cp
(目前,大风机叶片实际做出来最理想的CP值为0.48,小风机为0.48~0.36,而HY系列的叶片CP值可做到0.42。

)
（2）高效能的发电机
发电机效率：
大型发电机0.95
小型发电机0.6~0.5
整机转化效率：整机转化效率= 气动效率(CP值) * 发电机效率
三、风力发电机的特点
风是一种随机能源,我们要利用风能发电，便要捕捉风能。

而风能可以无限大,在这种特性下，如果不作限速，即使再优良的风机也会被损
坏。

现在风机一般利用于发电的，都是在3M/S~60M/S输出空间。

一般采用以下几种限速装置：
（1）变浆距（离心变浆距）
这是目前较先进的叶片控制方式，当大风来时，调型叶片，形成阻力，使风能大部分消耗在叶尖，限制能量输出。

（2）折尾
（3）机头上昂（或上侧昂）：风大时向上推动，避让风。

以上三种叶片控制方式均有可靠性较差、较容易磨损风机相关部件的缺点。

（4）失速叶片
失速叶片原来是用于定浆距的大型风力发电机。

HY系列风机的叶片采用了经过高温高压制造的尼龙材料制作的失速叶片，摆脱了传统的限速方式,从空气动力学的角度出发，控制机械动力的缺陷。

叶片叶型的特殊结构使其在风大时利用叶尖的负力来限制叶片转速，当叶尖速度越快，产生的负压及高频振动则越强，而此种柔性叶片，正能分解高频振动，防止叶尖损坏。

同时，采用电磁制动，比机械制动停机速度更快，约3~6秒就能使风机处于停止状态。

CP 值下降，无电流输出。

电磁制动+失速控制=抗大风保护
四、风机的应用
1.小型风力发电机独立供电系统
包括五大部分：
风力发电机：发电
充电控制器：对蓄电池状态保护，充满后，进入失速状态，对风机进行保护。

蓄电池：实现系统储能
逆变器：根据用电负荷的变化配置，逆电器在用户用量过载及短路时保护系统，蓄电池欠压时自动停止供电，保护蓄电池。

用户：如使用400W、600W的风机，建议用户不宜使用洗衣机或电冰箱(小容量尚可)，一个是因为起动电流太大，另一个是相对来说，逆变器的配置要提高1000W以上，成本升高。

2.为什么风机容量与用电容量没有直接关系？怎么样计量风机的发电量？
风机发电的能力同用户负载能力有直接关系，关键要看用电量和资源条件.
用电量=功率*使用时间
风的利用系数率：0.12~0.26
风力机系数率：0.4-0.5 （风机的综合利用率）
如广州地区使用400W风光互补路灯，那么一天的发电量应为：400W风机*24小时*0.12*0.5=0.576度电发电量是用电量的1.3-1.5倍.
3.为什么要采用风光互补形式发电？
(1)从资源的缺陷考虑
风力发电的随机性较大,非人类的控制范围之内,所以随时随地满足客户需求的程度较小,如果采用风光互补发电,就能有效的提高资源运用率,在相同的地理及物质条件下,更大程度的满足客户要求.
风光互补: 资源均补搭配,每天蓄能,白天可利用太阳,晚上利用风,夏季太阳大,冬季风大,可有效的更大程度利用资源.
(2)技术性
太阳能的发电为17V,蓄电池为12V,因此太阳能充电相对来说比较缓慢平稳,因蓄电池的状态是靠正负离子的流动,如果正负离子流动差异不大的情况下极板容易硫化,不利于蓄电池的使用寿命,但风力发电就不同能,风的能量属于大电流充电,能经常性的激活极板,延长蓄电池的使用寿命.
(3)经济性
风光互补发电机同太阳能发电机相比，价格只需太阳能发电机的1/3-1/4,按发电量来算,路灯使用300W 的太阳能电池板，还不能保证用户整天使用电量,风光互补相对来说在相同的地理位置及环境下能有效的提高路灯的使用时间，利用率及可靠性提高，使风光互补路灯在城市的应用成为可能性。

4.使用对象
胡耀邦在81年视察边远地区的时候,要求国家相关部门解决偏远地区的用电问题,在相关人员的考察之后,决定运用小型风力发电最为可行,因此,将近20年的时间风力发电机一直定位有偏远地区的使用。

而偏远地区目前的缺点是有需求无购买实力的群体。

如今在创建节能型社会的倡导下，在全国至世界范围内都积极利用各种新能源。

我国两会后，要走一条
节约的可持续发展的道路，节能已经成了政府官员业绩的考核指标。

(市政项目)
目前定位情况:
1.发达国家立法要求使用新能源
2.中国两会标明走节约和可持续发展路线,考核政绩CDP与节能挂钩,节约的重点为市政项目
3.房地产方面将其作为新的卖点,例如香港的珀丽湾,使用风光互补发电机能将其成本算到建筑成本里面,不用今后每年交取路灯的年使用费。

并有人取风车意喻为招财。

小型风力发电机组的组成：小型风力发电机组一般由下列几部分组成：风轮、发电机、调速和调向机构、停车机构、塔架及拉索等，控制器、蓄电池、逆变器等。

①风轮：小型风力机的风轮大多用2－3个叶片组成，它是把风能转化为机械能的部件。

目
前风轮叶片的材质主要有两种。

一种是玻璃钢材料，一般用玻璃丝布和调配好的环氧树脂在模型内手工糊制，在内腔填加一些填充材料，手工糊制适用于不同形状和变截面的叶片但手工制作费工费时，产品质量不易控制。

国外小风机也采用机械化生产等截面叶片，大大提高了叶片生产的效率和产品质量。

②发电机：小型风力发电机一般采用的是永磁式交流发电机，由风轮驱动发电机产生的交流电经过整流后变成可以储存在蓄电池中的直流电。

③调向机构、调速机构和停车机构：为了从风中获取能量，风轮旋转面应垂直于风向，在小型风机中，这一功能靠风力机的尾翼作为调向机构来实现。

同时随着风速的增加，要对风轮的转速有所限制，这是因为一方面过快的转速会对风轮和风力机的其他部件造成损坏，另一方面也需要把发电机的功率输出限定在一定范围内。

由于小型风力机的结构比较简单，目前一般采用叶轮侧偏式调速方式，这种调速机构在风速风向变化转大时容易造成风轮和尾翼的摆动，从而引起风力机的振动。

因此，在风速较大时，特别是蓄电池已经充满的情况，应人工控制风力机停机。

在有的小型风力机中设计有手动刹车机构，另外在实践可采用侧偏停机方式，即在尾翼上固定一软绳，当需要停机时，拉动尾翼，使风轮侧向于风向，从而达到停车的目的。

④小型风力机的塔架一般由塔管和3－4根拉索组成，高度6－9米，也可根据当地实际情况灵活选取。

⑤蓄电池是发电系统中的一个非常重要的部件，多采用汽车用铅酸电瓶，近年来国内有些厂家也开发出了适用于风能太阳能应用的专用铅酸蓄电池。

也有选用镉镍碱性蓄电池的，但价格较贵。

⑥控制器和逆变器：风力机控制器的功能是控制和显示风力机对蓄电池的充电，以保证蓄电池不至于过充和过放，以保证蓄电池的正常使用和整个系统的可靠工作。

目前风力机控制器一般都附带一个耗能负载，它的作用是在蓄电池瓶已充满，外部负荷很小时来吸纳风力机发出的电能。

⑦逆变器：逆变器是把直流电（12V、24V、36V、48V）变成220V交流电的装置，因为目前市场上很多用电器是220V供电的，因此这一装置在很多应用场合是必须的。