风力发电基本原理.pdf

第三章风力发电基本原理

65.何谓风力发电？

众所周知，风是空气流动的结果，它是由地球自转和太阳辐射共同作用形成的。以
风力为动力做功，驱动发电机旋转（风能转换为机械能），产生能量（机械能转换为电
能），这种发电方式叫做风力发电。

风力发电装置有两种运行方式，即离网运行和并网运行。在离网运行时，由于风能
是一种不稳定的能源，如果没有储能装置或其他发电装置配合，风力发电装置难以提供
可靠而稳定的电能。通常通过两个方面来解决这一问题：一是利用蓄电池储能来稳定风
力发电机的电能输出，另一个是使风力发电与光伏发电或柴油发电等互补运行。由于离
网运行的风力发电机组不需要电网的支持，特别适合在交通不发达、建设常规电网不经
济的偏远地区使用，因此在发展中国家得到了越来越广的推广应用。

66.风力发电的基本工作原理是什么？

如前所述，利用风能来驱动发电机旋转从而进行发电的发电方式为称风力发电。发
电的原理是多种多样的，如利用半导体材料直接将光能转化为电能的光伏发电、将温差
转换为电能的热能发电等。这一类发电没有原始能量向机械能的转换，实际上只完成了
一次能量转换。另一类发电如水轮机发电、燃气发电等，它们存在着两次能量转换，即
必须首先完成原始能量向机械能的转换，然后再将机械能转换为电能。这一类的发电都
利用了导体切割磁力线而发电的原理。风力发电机就属于这一类。它将风的动能经过风
机风轮转化为发电机轴的旋转机械能，再带动发电机的转子旋转，从而实现导体切割磁
力线而发电。

67.什么是额定风速、额定功率？

通常风力发电机组的功率用额定风速下的额定功率来表征。

根据中华人民共和国国家标准GB8974—88《风力机术语》中的定义，额定风速
(ratedwindspeed)是“由设计和制造部门给出的，使机组达到规定输出功率的最低风
速。”

额定功率（ratedpowerout-put)是指“空气在标准状态下，对应于机组额定风速时的
输出功率值。”

比如1台1kW的风力发电机的额定风速是11m/s，在风速达到11m/s时，该台风
力发电机的输出功率达到1kW。在实际风速低于额定风速时，发电机的输出功率低于
1kW，而高于额定风速时，如果不加限制，则输出功率会超过1kW。从风能公式可以看
出，由于能量与风速的立方成正比，这种输出功率的增加是非常可观的。假设额定风速
为11m/s，实际风速达到12m/s，则根据立方原理，能量将增加30%。而任何一台风
力发电机都不可能在无限宽的范围内工作。因此，当风速达到额定风速时，风力发电
机组就要采取一定的措施来限制和保护风力发电机。这就是调速或限速装置，将在后
面的章节详细介绍。
68.什么是风力发电机的功率曲线？

当风力发电机组被确定后，风速与负载所获得的电功率之间的关系曲线称为风力发
电机组的功率曲线。

根据负载的性质，负载的大小，以及风力发电机安装现场的风速、风向、地形等情
况的不同，风力发电机组的功率曲线是一组而不是一条。风力发电机的功率曲线反应了
不同风力发电机的性能。

如图3.1所示为某10kW风力发电机的输出功率曲线。

图3.1风力发电机功率曲线

不同风力发电机的功率曲线是不一样的。图3.2给出不同制造商生产的风力发电
机功率曲线的示例。

69.小型风力发电机的离网发电条件与选择建设风电场的条件一样?

不完全一样。

选择建设大型风电场的条件是当地是否有很好的风能资源；对将来风力发电机组
的运输、安装、调试、维护是否方便；周边是否有可靠的电网来接纳风电场发出的电能；
发电机组的运行费用是否足够低；前期投资是否能够迅速收回；噪声对环境的污染是否
可承受、雷暴是否频繁、空中航线是否繁忙（应考虑发电机组的光反射干扰）、无线通
信是否会受到强烈干扰等经济、公益、环境的综合评估。在上述的风场中安装风力发电
机组就形成了风电场。只要条件允许，风电场建得越大越好。由于大型风电.场的建设
除了环境保护因素外，主要是经济上的考量。因此大型风电场的建设地点要求有很好
的风能资源条件。
图3.2不同制造商小型风力发电机功率曲线

小型风力发电机组的离网发电条件虽然要求有良好的风能资源，但是无电地区的负
载往往是不可能移动地方的。因此这类独立发电系统的工作风速范围较风电场为低，只
要当地的风能资源较好，就能建设发电。发电的目的以提供电力服务为主，经济回报为
辅，甚至不考虑（像大规模的“送电到乡”项目。这类项目更多体现的是政府的社会责任）。
同时，小型风力发电机组的离网发电还需要一定的储能系统、负载平衡系统以及局部电
网等。所以二者是不一样的，选择建设风力发电系统的环境条件只是小型风力发电机组
离网发电条件的一部分。

70.风力发电机有哪几种基本类型？

风力发电机的种类和式样有很多，按不