風力發(fā)電廠選址及運營手冊

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1、風力發(fā)原理及風力發(fā)電的工藝流程發(fā)電風力發(fā)電機最初出現(xiàn)在十九世紀末。自二十世紀八十年代起，這項技術不斷發(fā)展并日漸成熟，適合工業(yè)應用。近二三十年，典型的風力發(fā)電機的風輪直徑不斷增大，而額定功率也不斷提升。在二十一世紀00年代初，風力發(fā)電機最具經(jīng)濟效益的額定輸出功率范圍在600千瓦至750千瓦之間，而風輪直徑則在40米至47米之間。當時所有制造商都有生產(chǎn)這類風力發(fā)電機。新一代的兆瓦級風力發(fā)電機是以這類機種作為基礎發(fā)展出來的。二零零七年初，有一些制造商開始生產(chǎn)額定功率為幾兆瓦而風輪直徑達到約90米的風力發(fā)電機（例如VestasV903.0兆瓦風電機，NordexN902.5兆瓦

2、風電機等等），甚至有些直徑達100米如GE3.6兆瓦風電機。這些大型風力發(fā)電機主要市場是歐洲。在歐洲，適合風電的地段日漸減少，因此有逼切性安裝發(fā)電能力盡量高的風力發(fā)電機。另一類更大型的為海上應用而設計的風力發(fā)電機，已經(jīng)完成設計并制成原型機。例如REPower公司設計的風力發(fā)電機風輪直徑達126米，功率達5兆瓦。1風的功率風的能量指的是風的動能。特定質(zhì)量的空氣的動能可以用下列公式計算。能量1/2X質(zhì)量X速度2吹過特定面積的風的的功率可以用下列公式計算。功率1/2X空氣密度X面積X速度3其中，功率單位為瓦特；空氣密度單位為千克/立方米；面積指氣流橫截面積，單位為平方米；速度

3、單位為米/秒。在海平面高度和攝氏15度的條件下，乾空氣密度為1.225千克/立方米。空氣密度隨氣壓和溫度而變。隨著高度的升高，空氣密度也會下降。於上述公式中可以看出，風的功率與速度的三次方〔立方〕成正比，并與風輪掃掠面積成正比。不過實際上，風輪只能提取風的能量中的一部分，而非全部。2風力發(fā)電機的工作原理現(xiàn)代風力發(fā)電機采用空氣動力學原理，就像飛機的機翼一樣。風并非quot推quot動風輪葉片，而是吹過葉片形成葉片正反面的壓差，這種壓差會產(chǎn)生升力，令風輪旋轉并不斷橫切風流。風力發(fā)電機的風輪并不能提取風的所有功率。根據(jù)Betz定律，理論上風電機能夠提取的最大功率，是風的功率的

4、59.6。大多數(shù)風電機只能提取風的功率的40或者更少。風力發(fā)電機主要包含三部分∶風輪、機艙和塔桿。大型與電網(wǎng)接駁的風力發(fā)電機的最常見的結構，是橫軸式三葉片風輪，并安裝在直立管狀塔桿上。上圖來源風輪葉片由復合材料制造。不像小型風力發(fā)電機，大型風電機的風輪轉動相當慢。比較簡單的風力發(fā)電機是采用固定速度的。通常采用兩個不同的速度-在弱風下用低速和在強風下用高速。這些定速風電機的感應式異步發(fā)電機能夠直接發(fā)產(chǎn)生電網(wǎng)頻率的交流電。比較新型的設計一般是可變速的（比如Vestas公司的V52-850千瓦風電機轉速為每分鐘14轉到每分鐘31.4轉）。利用可變速操作，風輪的空氣動力效率可以

5、得到改善，從而提取更多的能量，而且在弱風情況下噪音更低。因此，變速的風電機設計比起定速風電機，越來越受歡迎。機艙上安裝的感測器探測風向，透過轉向機械裝置令機艙和風輪自動轉向，面向來風。風輪的旋轉運動通過齒輪變速箱傳送到機艙內(nèi)的發(fā)電機（如果沒有齒輪變速箱則直接傳送到發(fā)電機）。在風電工業(yè)中，配有變速箱的風力發(fā)電機是很普遍的。不過，為風電機而設計的多極直接驅(qū)動式發(fā)電機，也有顯著的發(fā)展。設於塔底的變壓器（或者有些設於機艙內(nèi)）可提升發(fā)電機的電壓到配電網(wǎng)電壓（香港的情況為11千伏）。所有風力發(fā)電機的功率輸出是隨著風力而變的。強風下最常見的兩種限制功率輸出的方法（從而限制風輪所承受壓

6、力）是失速調(diào)節(jié)和斜角調(diào)節(jié)。使用失速調(diào)節(jié)的風電機，超過額定風速的強風會導致通過業(yè)片的氣流產(chǎn)生擾流，令風輪失速。當風力過強時，業(yè)片尾部制動裝置會動作，令風輪剎車。使用斜角調(diào)節(jié)的風電機，每片葉片能夠以縱向為軸而旋轉，葉片角度隨著風速不同而轉變，從而改變風輪的空氣動力性能。當風力過強時，葉片轉動至迎氣邊緣面向來風，從而令風輪剎車。葉片中嵌入了避雷條，當葉片遭到雷擊時，可將閃電中的電流引導到地下去。上圖：VestasV52-850千瓦風力發(fā)電機機艙內(nèi)的組成部份來源：3風力發(fā)電機的功率曲線在風速很低的時候，風電機風輪會保持不動。當?shù)竭_切入風速時（通常每秒3到4米），風輪開始旋轉并牽

7、引發(fā)電機開始發(fā)電。隨著風力越來越強，輸出功率會增加。當風速達到額定風速時，風電機會輸出其額定功率。之后輸出功率會保留大致不變。當風速進一步增加，達到切出風速的時候，風電機會剎車，不再輸出功率，為免受損。風力發(fā)電機的性能可以用功率曲線來表達。功率曲線是用作顯示在不同風速下（切入風速到切出風速）風電機的輸出功率。上圖：V52-850千瓦風力發(fā)電機於不同噪音級別下的工作曲線噪音級別可透過改變風力發(fā)電機的轉速而改變來源：為特定地點選取合適的風力發(fā)電機，一般方法是采用風電機的功率曲線和該地點的風力資料以進行產(chǎn)電量估算。。（在大型風力發(fā)電機-資源潛力