策劃整理 | 風(fēng)電頭條  霍文利

是什么

定義：風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，機(jī)械功帶動(dòng)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(jī)一般有風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)(包括裝置)、調(diào)向器(尾翼)、塔架、限速安全機(jī)構(gòu)和儲(chǔ)能裝置等構(gòu)件組成。

第一個(gè)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(gè)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(jī)原理

風(fēng)力發(fā)電的原理，是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，機(jī)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(dòng)機(jī)。是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(duì)蓄電瓶充電，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能變成化學(xué)能。然后用有保護(hù)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(jī)構(gòu)造

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

機(jī)艙：機(jī)艙包容著風(fēng)力發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備，包括齒輪箱、發(fā)電機(jī)。維護(hù)人員可以通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔進(jìn)入機(jī)艙。機(jī)艙左端是風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)的低速軸上。

低速軸：風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)械閘：高速軸以1500轉(zhuǎn)每分鐘運(yùn)轉(zhuǎn)，并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。它裝備有緊急機(jī)械閘，用于空氣動(dòng)力閘失效時(shí)，或風(fēng)力發(fā)電機(jī)被維修時(shí)。

發(fā)電機(jī)：通常被稱為感應(yīng)電機(jī)或異步發(fā)電機(jī)。

偏航裝置：借助電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)艙，以使轉(zhuǎn)子正對(duì)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(biāo)來感覺風(fēng)向。

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

液壓系統(tǒng)：用于重置風(fēng)力發(fā)電機(jī)的空氣動(dòng)力閘。

冷卻元件：包含一個(gè)風(fēng)扇，用于冷卻發(fā)電機(jī)。此外，它包含一個(gè)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(jī)具有水冷發(fā)電機(jī)。

塔：風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔載有機(jī)艙及轉(zhuǎn)子。通常高的塔具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)殡x地面越高，風(fēng)速越大。

風(fēng)速計(jì)及風(fēng)向標(biāo)：用于測(cè)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(jī)（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(jī)轉(zhuǎn)向，使風(fēng)機(jī)正對(duì)風(fēng)向。作用二是在大風(fēng)風(fēng)況的情況下使風(fēng)力機(jī)機(jī)頭偏離風(fēng)向，以達(dá)到降低轉(zhuǎn)速，保護(hù)風(fēng)機(jī)的作用。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)類型分類

依風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)主軸的方向可分為：

水平軸式風(fēng)機(jī)：轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)：轉(zhuǎn)動(dòng)軸與地面垂直，設(shè)計(jì)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(jī)和阻力型風(fēng)機(jī)

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(jī)；

按照風(fēng)機(jī)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(jī)械連接方式的不同分為：

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

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(jī)組和“變槳距機(jī)組

按照葉輪轉(zhuǎn)速是否恒定可分為：

“恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和“變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

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

“異步發(fā)電機(jī)型” “同步發(fā)電機(jī)型”

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

(a) 籠型異步發(fā)電機(jī)；(b) 繞線式雙饋異步發(fā)電機(jī)

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

(a) 電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)；(b) 永磁同步發(fā)電機(jī)

根據(jù)風(fēng)機(jī)的輸出端電壓高低化可分為：

“高壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)和“低壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)

根據(jù)風(fēng)機(jī)的額定功率化可分為：

微型機(jī)：10 kW 以下

小型機(jī)：10 kW 至100 kW

中型機(jī)：100 kW 至1000 kW

大型機(jī)：1000 kW 以上（MW 級(jí)風(fēng)機(jī)）

直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)

永磁同步發(fā)電機(jī)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(jī)維護(hù)

定期維護(hù)檢修

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

風(fēng)機(jī)運(yùn)行中時(shí),各聯(lián)接部件的螺栓長期運(yùn)行在各種振動(dòng)的合力當(dāng)中,極易使其松動(dòng),為了不使其在松動(dòng)后導(dǎo)致局部螺栓受力不均被剪切,必須定期對(duì)其進(jìn)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(jī)的齒輪箱和偏航減速齒輪箱采用的是稀油潤滑方式,維護(hù)方法是補(bǔ)加和采樣化驗(yàn)法,這些部件由于運(yùn)行溫度較高,極易變質(zhì),導(dǎo)致軸承磨損。

風(fēng)機(jī)日常維護(hù)

風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些故障必須到現(xiàn)場去處理,有時(shí)可進(jìn)行一下常規(guī)的維護(hù)工作。

首先：要仔細(xì)檢查風(fēng)機(jī)內(nèi)部的安全平臺(tái)和梯子是否牢固,升降機(jī)是否工作正常，塔筒里的照明是否良好，液壓站的表計(jì)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(dòng)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(yùn)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(dòng),或接觸不良,須仔細(xì)檢查,聽偏航時(shí)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(jī)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(hù)檢修項(xiàng)目并不是很完全,我們只要每次都能做到認(rèn)真、仔細(xì),一定能提前預(yù)防，盡早發(fā)現(xiàn)及時(shí)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(jī)

歌美颯2.0風(fēng)機(jī)

歌美颯G97-2.0是歌美颯2.0MW風(fēng)機(jī)系列的最新成員之一，是市場上最常用最受歡迎的風(fēng)機(jī)品牌。改風(fēng)機(jī)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(jī)已經(jīng)在37個(gè)國家裝機(jī)22GW，成為市場上最成功的風(fēng)機(jī)品牌之一，如今又有新出的G97-2.0MW風(fēng)機(jī)。

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(jī)組，機(jī)組生存溫度可達(dá)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(yùn)行。由于其49米長的葉片，風(fēng)機(jī)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(jī)組，機(jī)組生存溫度可達(dá)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(jī)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(jī)組，機(jī)組生存溫度可達(dá)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(jī)組是新疆金風(fēng)科技股份有限公司專門針對(duì)超低風(fēng)速區(qū)域設(shè)計(jì)的一款新型機(jī)組，具有技術(shù)先進(jìn)，可靠性高等特點(diǎn)，是金風(fēng)科技最具優(yōu)勢(shì)機(jī)組之一。它在設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)了新的技術(shù)突破，采用了全新的設(shè)計(jì)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(jī)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(duì)中國弱三類風(fēng)機(jī)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(dòng)對(duì)風(fēng)、傳動(dòng)鏈采用兩點(diǎn)支撐原理的機(jī)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(dòng)，也能在-30攝氏度至40攝氏度的溫度區(qū)間正常運(yùn)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(jī)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(rèn)可的成功案例之一。

風(fēng)機(jī)小知識(shí)

風(fēng)機(jī)葉片為何很窄

首先大家要知道：風(fēng)力機(jī)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(gè)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(gè)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(jī)會(huì)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(shí)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(shí)，其效率最高，為59.3％，也稱為貝茨極限。

風(fēng)機(jī)為何是三個(gè)葉片

其實(shí)風(fēng)機(jī)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(jī)。

先介紹一個(gè)有關(guān)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片數(shù)目的概念——風(fēng)輪實(shí)度。風(fēng)力機(jī)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(shí)度(或稱實(shí)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(shí)度的計(jì)算方法如下： S為每個(gè)葉片對(duì)風(fēng)向的投影面積，R為風(fēng)輪半徑，B為葉片個(gè)數(shù)，σ為實(shí)度 σ=BS/πR^2。

圖2中從單葉片到三葉片的風(fēng)輪實(shí)度比低，是低實(shí)度風(fēng)輪，12葉片的風(fēng)輪實(shí)度比高，是高實(shí)度風(fēng)輪。從圖中看三個(gè)細(xì)細(xì)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(huì)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(huì)降低，所以葉輪實(shí)際得到的風(fēng)功率減少了，這就是多葉片風(fēng)力機(jī)得不到更多風(fēng)能的重要原因。

低實(shí)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(shí)度風(fēng)力機(jī)運(yùn)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(dòng)葉片運(yùn)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(shí)驗(yàn)，二、三、四葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)常用的選擇，用得最多的是三葉片。當(dāng)然選擇三個(gè)葉片還有風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、制造成本、噪音、外觀等原因。

多葉片風(fēng)輪的實(shí)度大，風(fēng)能利用率相對(duì)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(gè)葉片的風(fēng)力機(jī)有可能獲得較好的風(fēng)能利用效果。

END