风力发电原理及应用探讨

　　摘要：随着人们的生活水平不断提高，对能源的需求日益增大，能源是促进社会发展的必备条件。随着化石能源的需求量越来越大，化石能源的日益枯竭和带来的日益加重的环境污染问题，开发无污染可再生的新能源迫在眉睫，其应用前景也非常广阔。风能作为一种常用的绿色能源，其分布广泛，资源丰富，开发和利用的技术相对简单，可控性好，因此越来越受到各国的重视。

　　关键词：风力发电原理;应用

　　引言

　　在如今能源缺乏的时代，新能源的利用和开发很重要，风力发电在现在世界的利用率很低，这对未来的发展很不利，如今世界不可再生资源越来越匮乏，按现在的消耗速度，地球可开发的资源不足以未来的使用，虽然现在世界上对水利和风能的使用有一定的成就，但是还是需要大力发展，尤其是风能的使用，如果风力发电技术能够得到发展和普及，对未来的发展有积极作用，对风力发电的原理及前景进行探究。

　　1风力发电机的分类

　　风力发电机分为恒速风力发电机、有限变速风力发电机和变速风力发电机三种类型。恒速风力发电机是采用笼型异步发电机原理，笼型异步发电机只能在额定的转速上很狭窄的范围。由于笼型异步发电机系统的结构比较简单、成本低、可靠性好等优点，很适合风力发电，在风力发电的初期大多都应用笼型异步发电机，但是笼型异步发电机的缺点也是很明显的，在笼型异步发电机运转时输入的风功率不能过大或过小，如果转速超过一定范围发电机就是不稳定。风速的波动是风力机的气动转矩随之波动，但是发动机的转速是不变的，风力机和发动机之间的轴承、齿轮箱会受到机械摩擦和疲劳应力的影响，使轴承和齿轮的使用寿命降低，还有就是风力机的速度是无法调节的，当外界的风力大时也无法得到利用，从而使其使用效率降低。

　　有限变速风力发电机采用绕线式异步发电机进行工作，绕线式异步发电机的转子外接可变电阻，来进行调节发电机的转差率，用来实现有限的变速运行，有效地增加输出功率，同时绕线式异步发电机采用变桨距调节及转子电流控制，可以大大的提高性能、输出功率稳定，但是缺点在于外接电阻消耗了很多的能量，使得电机的功率大大的降低。变速风力发电机可分为有刷双馈异步发电机、电励磁同步发电机、永磁同步发电机三种。

　　双馈异步发电机是根据变速恒频控制在转子电路内实现的，由于转子回路功率是由转速运行范围决定的转差功率，可以大大减轻变频器的重量和体积。但是双馈发电机系统中具有多级齿轮箱和电刷，会相互摩擦，会出现噪声和影响部件的使用寿命，在电网出现故障时，定子和转子的电流会突然加大，为了保护变频器增加了风力机的负荷。电励磁同步发电机是通过调节逆变装置改变系统的输出的有用功率和无用功率，由于电励磁同步发电机不应用齿轮，使得系统的效率和可靠性都有很大提高，同时还有噪声低、电网电压闪变小等优点，但是系统的成本很高、功率变换器损耗比较大。永磁同步发电机具有以上两种发电机的优点，但是发电机的体积比较大，而且成本高。永磁同步发电机采用直接驱动永磁发电机传动系统简单、效率高，虽然成本高，但是优点也很多，所以未来永磁同步发电机将成为风力发电机的主流。

　　2风力发电原理

　　风力发电的原理是把风能转化为机械能，再将机械能转化为电能进行输出。具体过程是通过风带动风机叶片转动，从而使发电机内部线圈旋转切割磁场，最终产生感应电流，并被储能装置以电能的形式储存起来。通常风力发电机由风轮叶片、低速轴、高速轴、风速仪、塔架、发电机、液压系统、电子控制系统等部件组成。其中，风轮是将风能转化为机械能的装置，根据风向的变化调节风轮方向，可以最大限度地利用风能。塔架是连接支撑风轮和发电机的支架，其高度是由周围地势和风轮大小决定的，以确保风轮的正常运行。发电机是将风轮产生的机械能转化为电能的装置。

　　在风机构造中，定义风轮叶片尖端线速度与风速之比为叶尖速比，是风机的重要参量，其大小是影响风机功率系数的重要参数。通过设计风轮的不同翼型和叶片数，可以改变叶尖速比。风机组的功率调节是风力发电系统的关键技术手段，其主要方式包括定桨距失速调节、变桨距失速调节和主动失速调节三种。定桨距失速调节将风机叶片和轮毂固定，叶片顶角不能随风速进行调整，其结构相对简单，可靠性强，风机输出功率随风速而变化，因此在低风速下其利用率较低。变桨距调节是通过改变桨距角调整风能的转化效率，尽可能的提高风能转化效率，使风机输出功率保持平稳。主动失速调节是通过叶片主动失速来调节输出功率。当风速低于额定风速时，通过控制系统进行调控;当风速超过额定风速时，变桨系统通过增加叶片攻角使叶片失速，从而限制风轮的吸收功率。

　　3解决我国风力发电面临问题的举措

　　针对我国当面风力发电技术面临的一系列问题，需要采取相应措施来提高我国风电技术水平。首先，需要加大研发和管理力度，促进风电产业结构调整，不能过分依赖产品和技术进口，要建立完善的人才培养机制，积极创新，研发出具有自主知识产权的风电技术。其次，由于我国风力资源分布不平衡，需要进一步研发远距离传输的电力设备，让不同地区的风电资源得到共享。同时要进一步普及风电给社会经济和环境保护带来的益处，让更多的人接受风电新能源。再次，针对风力发电市场化普及率低，国家应制定相应措施，鼓励和发展风电技术，对风电企业实行补贴政策，同时要规范风电行业市场化，加强对企业的科学管理，制定完善的经营标准，促进风电市场的健康有序发展。最后，安全是风力发电技术最重要的环节，也是保障居民人身安全的重要因素。因此必须加大风电技术的安全管理，杜绝一切可能发生的安全隐患，在人因稀少的偏远地区增加监控力度，密切关注风电设备的各项运行指标，一旦发现异常，要及时处理。

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　　结语

　　我国作为一个能源生产和消耗大国，发展清洁能源对于解决能源短缺和环境保护具有重要意义。风电技术可以减少化石燃料对环境的污染，降低有害气体的排放，保护生态平衡。但是当前风电技术还存在许多问题，因此需要分析具体问题，实事求是，制定相应措施，优化风电产业结构，加大投入力度，促进风电技术的稳步发展。

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　　作者：闫海洋