風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理及其結(jié)構(gòu)組成

隨著全球“石化能源”越來越缺乏，對環(huán)境的污染不斷加劇，由些導(dǎo)致的氣候變化是人類面臨的全球性問題，隨著各國二氧化碳排放，溫室氣體猛增，對生命系統(tǒng)形成威脅。在這樣的背景下，世界各國以全球協(xié)約的方式減排溫室氣體。我國作為能源使用大國更是體現(xiàn)了大國擔(dān)當(dāng)?shù)母窬?，在向全世界鄭重宣布“碳中和”，“碳達(dá)峰”的目標(biāo)下，作為新能源中的風(fēng)力發(fā)電迎來了它的高光時刻。

現(xiàn)在，普通的老百姓都知道那不斷轉(zhuǎn)動著大大葉片的風(fēng)車其實(shí)就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)，但是我們了解它的內(nèi)部構(gòu)造嗎？

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)和儲能裝置等構(gòu)件組成。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理比較簡單，風(fēng)輪在風(fēng)力的作用下旋轉(zhuǎn)，它把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)輪軸的機(jī)械能，發(fā)電機(jī)在風(fēng)輪軸的帶動下旋轉(zhuǎn)發(fā)電。廣義地說，風(fēng)能也是太陽能，所以也可以說風(fēng)力發(fā)電機(jī)，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)電機(jī)。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)

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?，F(xiàn)代600千瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，每個轉(zhuǎn)子葉片的測量長度大約為20米，而且被設(shè)計(jì)得很象飛機(jī)的機(jī)翼。

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。在現(xiàn)代600千瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相當(dāng)慢，大約為19至30轉(zhuǎn)每分鐘。軸中有用于液壓系統(tǒng)的導(dǎo)管，來激發(fā)空氣動力閘的運(yùn)行。

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)動發(fā)電機(jī)。它裝備有緊急機(jī)械閘，用于空氣動力閘失效時，或風(fēng)力發(fā)電機(jī)被維修時。

發(fā)電機(jī)通常被稱為感應(yīng)電機(jī)或異步發(fā)電機(jī)。在現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，最大電力輸出通常為500至1500千瓦。

偏航裝置借助電動機(jī)轉(zhuǎn)動機(jī)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(biāo)來感覺風(fēng)向。通常，在風(fēng)改變其方向時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)一次只會偏轉(zhuǎn)幾度。

電子控制器包含一臺不斷監(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），該控制器可以自動停止風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)操作員。

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

冷卻元件包含一個風(fēng)扇，用于冷卻發(fā)電機(jī)。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(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，因?yàn)殡x地面越高，風(fēng)速越大?，F(xiàn)代600千瓦風(fēng)汽輪機(jī)的塔高為40至60米。它可以為管狀的塔，也可以是格子狀的塔。管狀的塔對于維修人員更為安全，因?yàn)樗麄兛梢酝ㄟ^內(nèi)部的梯子到達(dá)塔頂。格狀的塔的優(yōu)點(diǎn)在于它比較便宜。

風(fēng)速計(jì)及風(fēng)向標(biāo)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(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。

發(fā)電機(jī)類型

根據(jù)定槳矩失速型風(fēng)機(jī)和變速恒頻變槳矩風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)，國內(nèi)目前裝機(jī)的電機(jī)一般分為二類

1、異步型

（1）籠型異步發(fā)電機(jī)；功率為600／125kW 750kW 800kW 12500kW

定子向電網(wǎng)輸送不同功率的50Hz交流電；

（2）繞線式雙饋異步發(fā)電機(jī)；功率為1500kW

定子向電網(wǎng)輸送50Hz交流電，轉(zhuǎn)子由變頻器控制，向電網(wǎng)間接輸送 有功或無功功率。

2、同步型

（1）永磁同步發(fā)電機(jī)；功率為750kW 1200kW 1500kW 由永磁體產(chǎn)生磁場，定子輸出經(jīng)全功率整流逆變后向電網(wǎng)輸送50Hz交流電

（2）電勵磁同步發(fā)電機(jī)；由外接到轉(zhuǎn)子上的直流電流產(chǎn)生磁場，定子輸出經(jīng)全功率整流逆變后向電網(wǎng)輸送50Hz交流電

根據(jù)葉片形式的不同，現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)分為以下兩類

1、水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)

世界上目前利用最多的形式，功率最大5MW左右。

2、垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)

21世紀(jì)初由中國、日本、歐洲幾乎同時發(fā)明的一種新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，有別于最早的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)（達(dá)里厄型），效率高于水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，無噪音和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，維護(hù)簡單。已成為歐美市場中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的首選。目前功率可達(dá)到1千瓦到50千瓦之間。