08七月2025第四章

風(fēng)能及其利用1第一節(jié)

風(fēng)能概述一、風(fēng)的形成與特征1、風(fēng)的形成風(fēng)是地球上的一種自然現(xiàn)象，風(fēng)形成的原因有兩個(gè)，即地球的轉(zhuǎn)動(dòng)及地球表面受太陽(yáng)輻射程度的差別。在氣象學(xué)上，把垂直方向的大氣運(yùn)動(dòng)稱為氣流，水平方向的大氣運(yùn)動(dòng)則稱為風(fēng)，風(fēng)的形成就是空氣流動(dòng)的結(jié)果。2、氣壓可以定義為：在一個(gè)給定區(qū)域內(nèi)，空氣分子在該區(qū)域施加壓力的大小。一般而言，某個(gè)區(qū)域里空氣分子越多，這個(gè)區(qū)域的氣壓就越大。相應(yīng)來(lái)說(shuō)，風(fēng)是氣壓梯度力作用的結(jié)果。而氣壓的變化，有些是風(fēng)暴引起的，有些是地表受熱不均引起的，有些則是在一定的水平區(qū)域上大氣分子被迫從氣壓相對(duì)較高的地帶流向氣壓較低的地帶引起的。3、季風(fēng)、海陸風(fēng)、山谷風(fēng)雖然形成風(fēng)的直接原因是水平氣壓梯度力。但實(shí)際上我們每天看到的風(fēng)是一種十分復(fù)雜的現(xiàn)象，形成原因除了上述作用力外，還受大氣環(huán)流、地形及水域等不同因素的綜合影響，其表現(xiàn)形式多種多樣，如季風(fēng)、地方性的海陸風(fēng)及山谷風(fēng)等。（1）季風(fēng)理論上，風(fēng)應(yīng)沿水平氣壓梯度方向吹，即垂直于等壓線從高壓向低壓吹，但是，由于地球的自轉(zhuǎn)產(chǎn)生使空氣水平運(yùn)動(dòng)發(fā)生偏向的力，稱之為地轉(zhuǎn)偏向力，這種力使北半球氣流向右偏轉(zhuǎn)，南半球向左偏轉(zhuǎn)，所以地球大氣運(yùn)動(dòng)除受氣壓梯度力外，還受地球自轉(zhuǎn)偏向力的影響。大氣的真實(shí)運(yùn)動(dòng)是由這兩個(gè)力的合力推動(dòng)。實(shí)際上，地面風(fēng)不僅受這兩個(gè)力的支配，而且在很大程度上受海洋、地形的影響。山隘和海峽能改變氣流運(yùn)動(dòng)的方向，還能使風(fēng)速增大；而丘陵、山地的摩擦?xí)癸L(fēng)速減??；孤立山峰則因海拔高使風(fēng)速增大。因此，風(fēng)向和風(fēng)速的時(shí)空分布較為復(fù)雜。如海陸差異對(duì)氣流運(yùn)動(dòng)的影響，在冬季，大陸比海洋冷，大陸氣壓比海洋高，風(fēng)從大陸吹向海洋；夏季則相反，大陸比海洋熱，風(fēng)從海洋吹向大陸。這種隨季節(jié)轉(zhuǎn)換的風(fēng)，稱為季風(fēng)。（2）海陸風(fēng)海陸風(fēng)的形成與季風(fēng)相同，也是由大陸與海洋之間的溫度差異的轉(zhuǎn)變引起的。不過(guò)海陸風(fēng)的范圍小，以日為周期，勢(shì)力也薄弱。由于海陸物理屬性的差異，造成海陸受熱不均，白天陸地上增溫較海洋快，空氣上升，而海洋上空氣溫度相對(duì)較低，使風(fēng)從海洋吹向大陸，稱為海風(fēng)。夜間環(huán)流的方向正好相反，使風(fēng)從大陸吹向海洋，稱為陸風(fēng)。海陸風(fēng)的強(qiáng)度在海岸最大，隨著離岸的距離而減弱，一般影響距離在20～50km左右。海風(fēng)的風(fēng)速比陸風(fēng)大，在典型的情況下，風(fēng)速可達(dá)4～7m/s。而陸風(fēng)一般僅2m/s左右。海陸風(fēng)最強(qiáng)烈的地區(qū)，發(fā)生在溫度日變化最大及晝夜海陸溫度最高的地區(qū)。低緯度日照強(qiáng)，所以海陸風(fēng)較為明顯，尤以夏季為甚。（3）山谷風(fēng)山谷風(fēng)的形成原理跟海陸風(fēng)是類似的。白天，山坡接受太陽(yáng)光熱較多，空氣增溫較多；而山谷上空，同高度上的空氣因離地較遠(yuǎn)，增溫較少。于是山坡上的暖空氣不斷上升，并從山坡上空流向谷底上空，谷底的空氣則沿山坡向山頂補(bǔ)充，這樣便在山坡與山谷之間形成一個(gè)熱力環(huán)流。下層風(fēng)由谷底吹向山坡，稱為谷風(fēng)。到了夜間，山坡上的空氣受山坡輻射冷卻影響，空氣降溫較多；而谷底上空，同高度的空氣因離地面較遠(yuǎn)，降溫較少。于是山坡上的冷空氣因密度大，順山坡流入谷底，谷底的空氣匯合上升，并從上面向山頂上空流去，形成與白天相反的熱力環(huán)流。下層風(fēng)由山坡吹向谷底，稱為山風(fēng)。山風(fēng)和谷風(fēng)又總稱為山谷風(fēng)，山谷風(fēng)的風(fēng)速一般較弱，谷風(fēng)比山風(fēng)大一些，谷風(fēng)一般為2～4m/s，有時(shí)可達(dá)6～7m/s。谷風(fēng)通過(guò)山隘時(shí)，風(fēng)速加大。山風(fēng)一般僅為1～2m／s。但在峽谷中，風(fēng)力還能增大一些。4、風(fēng)的特征風(fēng)向和風(fēng)速是兩個(gè)描述風(fēng)的重要參數(shù)。（1）風(fēng)向：指風(fēng)吹來(lái)的方向，如果是從北方吹來(lái)的風(fēng)就稱為北風(fēng)。（2）風(fēng)速：表示氣流移動(dòng)的速度，即單位時(shí)間空氣流動(dòng)所經(jīng)過(guò)的距離。5、風(fēng)的測(cè)量（1）風(fēng)的測(cè)量：包括風(fēng)向測(cè)量和風(fēng)速測(cè)量。自動(dòng)測(cè)風(fēng)系統(tǒng)主要由五部分組成。包括傳感器、主機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置、電源、安全與保護(hù)裝置。①傳感器分風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、溫度傳感器（即溫度計(jì)）、氣壓傳感器。輸出信號(hào)為數(shù)字或模擬信號(hào)。②主機(jī)利用微處理器對(duì)傳感器發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行采集、計(jì)算和存儲(chǔ)，由數(shù)據(jù)記錄裝置、數(shù)據(jù)讀取裝置、微處理器、就地顯示裝置組成。③由于測(cè)風(fēng)系統(tǒng)安裝在野外，因此數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)盒）應(yīng)有足夠的存儲(chǔ)容量，而且為了野外操作方便采用可插接形式。系統(tǒng)工作一定時(shí)間后，將已存有數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)盒從主機(jī)上替換下來(lái)，進(jìn)行風(fēng)能資源數(shù)據(jù)分析處理。④測(cè)風(fēng)系統(tǒng)電源一般采用電池供電。為了提高系統(tǒng)工作的可靠性，應(yīng)配備一套或兩套備用電源，如太陽(yáng)能光電板等。主電源和備用電源互為備用，當(dāng)某一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)可自動(dòng)切換。對(duì)有固定電源地段（如地方電網(wǎng)），可利用其為主電源，但也應(yīng)配備有一套備用電源。⑤由于系統(tǒng)長(zhǎng)期工作在野外，輸入信號(hào)可能會(huì)受到各種干擾。設(shè)備會(huì)隨時(shí)遭受破壞，如惡劣的冰雪天氣會(huì)影響傳感器的信號(hào)、雷電天氣干擾使傳輸信號(hào)出現(xiàn)誤差，甚至毀壞設(shè)備。因此，一般在傳感器輸入信號(hào)和主機(jī)之間增設(shè)保護(hù)和隔離裝置，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。另外，測(cè)風(fēng)設(shè)備應(yīng)遠(yuǎn)離居住區(qū)，并在離地面一定高度區(qū)內(nèi)采取措施進(jìn)行保護(hù)以防人為破壞。主機(jī)箱應(yīng)嚴(yán)格密封，以防止沙塵進(jìn)入?？傊?，測(cè)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)具有較高的性能和精度、防止自然災(zāi)害和人為破壞，保證數(shù)據(jù)安全準(zhǔn)確。（2）風(fēng)向測(cè)量①風(fēng)向標(biāo)：是測(cè)量風(fēng)向的最通用的裝置，有單翼型、雙翼型和流線型等。風(fēng)向標(biāo)一般是由尾翼、指向桿、平衡錘、旋轉(zhuǎn)主軸4部分組成的首尾不對(duì)稱的平衡裝置。其重心在支撐軸的軸心上，整個(gè)風(fēng)向標(biāo)可以繞垂直軸自由擺動(dòng)。在風(fēng)的動(dòng)壓力作用下取得指向風(fēng)的來(lái)向的一個(gè)平衡位置，即為風(fēng)向的指示。傳送和指示風(fēng)向標(biāo)所在方位的方法很多，有電觸點(diǎn)盤、環(huán)形電位器、自整角機(jī)和光電碼盤4種類型，其中最常用的是碼盤。風(fēng)向標(biāo)一般安裝在離地10m的高度上。標(biāo)式風(fēng)向傳感器②風(fēng)向表示：風(fēng)向一般用16個(gè)方位表示，即北東北（NNE）、東北（NE）、東東北（ENE）、東（E）、東東南（ESE）、東南（SE）、南東南（SSE）、南（S）、南西南（SSW）、西南（SW）、西西南（WSW）、西（W）、西西北（WNW）、西北（NW）、北西北（NNW）、北（N）。靜風(fēng)記“C”。也可以用角度來(lái)表示，以正北為基準(zhǔn)，順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，東風(fēng)為90°，南風(fēng)為180°，西風(fēng)為270°，北風(fēng)為360°。風(fēng)向16方位圖（3）風(fēng)速測(cè)量根據(jù)工作原理的不同，風(fēng)速計(jì)可以分為：旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速計(jì)、壓力式風(fēng)速計(jì)、散熱式風(fēng)速計(jì)、聲學(xué)風(fēng)速計(jì)。①旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速計(jì)它的感應(yīng)部分是一個(gè)固定在轉(zhuǎn)軸上的感應(yīng)風(fēng)的組件，常用的有風(fēng)杯和螺旋槳葉片兩種類型。其中風(fēng)杯型最常用，其優(yōu)點(diǎn)是與風(fēng)向無(wú)關(guān)。當(dāng)風(fēng)吹過(guò)時(shí)，由于凹面與凸面所受的風(fēng)壓力不相等，使風(fēng)杯受到扭力作用而開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，并且轉(zhuǎn)速與風(fēng)速成一定的關(guān)系。②壓力式風(fēng)速計(jì)壓力式風(fēng)速計(jì)有一個(gè)雙聯(lián)皮托管，一個(gè)管口迎著氣流的來(lái)向，感應(yīng)氣流的全壓力（p0），另一個(gè)管口背著氣流的來(lái)向，感應(yīng)的壓力為（p）。因?yàn)橛谐槲饔茫员褥o壓力稍低些。兩個(gè)管子接收到的全壓力與靜壓力之差為：旋轉(zhuǎn)杯型風(fēng)速計(jì)v

﹣風(fēng)速，單位為m/s；ρ﹣空氣密度，單位為kg/m3；c﹣修正系數(shù)。③散熱式風(fēng)速計(jì)一個(gè)被加熱物體的散熱速率與周圍空氣的流速有關(guān)，利用這種特性可以測(cè)量風(fēng)速。主要適用于測(cè)量小風(fēng)速。④聲學(xué)風(fēng)速計(jì)（超聲波風(fēng)速計(jì)）利用聲波在大氣中傳播速度與風(fēng)速間的函數(shù)關(guān)系來(lái)測(cè)量風(fēng)速。超聲波風(fēng)速計(jì)6、風(fēng)玫瑰圖為了表示某個(gè)地區(qū)在某一時(shí)間內(nèi)的風(fēng)頻、風(fēng)速等情況，就需要一種更科學(xué)、更直觀的統(tǒng)計(jì)方式，通常使用的是風(fēng)玫瑰圖。風(fēng)玫瑰圖包括：風(fēng)向玫瑰圖、風(fēng)速玫瑰圖、風(fēng)頻風(fēng)速玫瑰圖等。a)風(fēng)向頻率玫瑰圖b)c)風(fēng)頻、風(fēng)速玫瑰圖7、風(fēng)能密度（1）在t時(shí)間內(nèi)，以速度v垂直流過(guò)截面A的氣流所具有的動(dòng)能為：E﹣風(fēng)能，單位J（焦耳）ρ

﹣空氣密度，單位kg/m3v﹣氣流速度，單位m/sA﹣面積，單位m2（2）風(fēng)功率PW（3）風(fēng)功率密度pW，單位W/m2（瓦/平米）二、風(fēng)能資源及其分布1、我國(guó)風(fēng)能資源及其分布（1）東南沿海及其島嶼地區(qū)風(fēng)能豐富帶（2）三北（東北、華北和西北）地區(qū)風(fēng)能較豐富帶（3）內(nèi)陸局部風(fēng)能豐富區(qū)（4）海上風(fēng)能豐富區(qū)請(qǐng)自行閱讀教材P61~P62頁(yè)，想一想思考題1：風(fēng)能資源的總量取決于哪些因素？思考題2：海上風(fēng)能與陸上風(fēng)能相比較，具有哪些優(yōu)勢(shì)？2、世界風(fēng)能資源及其分布世界上的風(fēng)能資源十分豐富，根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，每年來(lái)自外層空間的輻射能約為1.5×1018kW·h，其中的2.5％即3.8×1016kW·h的能量被大氣吸收，產(chǎn)生大約4.3×1012kW·h的風(fēng)能。三、風(fēng)能的利用風(fēng)能利用的形式主要是將大氣運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。風(fēng)能的利用主要是以風(fēng)能做動(dòng)力和風(fēng)力發(fā)電兩種形式，其中又以風(fēng)力發(fā)電為主。以風(fēng)能做動(dòng)力就是利用風(fēng)來(lái)直接帶動(dòng)各種機(jī)械裝置。風(fēng)能的利用主要包括風(fēng)力發(fā)電、風(fēng)力提水、風(fēng)力致熱及風(fēng)帆助航。思考題4-1、海上風(fēng)能與陸上風(fēng)能相比較，具有哪些優(yōu)勢(shì)？4-2、風(fēng)能利用的主要形式有哪些？08七月2025第四章

風(fēng)能及其利用2第二節(jié)

風(fēng)力提水技術(shù)一、風(fēng)力提水現(xiàn)狀目前我國(guó)生產(chǎn)運(yùn)行中的風(fēng)力提水機(jī)約3000臺(tái)，主要分布在東南沿海制鹽，江蘇、河北農(nóng)田灌排，三北人畜飲水及小型草場(chǎng)灌溉等。我國(guó)的常用風(fēng)力提水機(jī)按其使用技術(shù)指標(biāo)可分為低揚(yáng)程大流量型、中揚(yáng)程大流量型、高揚(yáng)程小流量型。1、低揚(yáng)程大流量風(fēng)力提水機(jī)組低揚(yáng)程大流量風(fēng)力提水機(jī)組是由低速或中速風(fēng)力機(jī)與鋼管鏈?zhǔn)剿嚮蚵菪孟嗥ヅ湫纬傻囊活愄崴畽C(jī)組。它可以提取河水、海水等地表水，用于鹽場(chǎng)制鹽、農(nóng)田排水、灌溉和水產(chǎn)養(yǎng)殖等作業(yè)。機(jī)組揚(yáng)程為0.5～3m，流量可達(dá)50～100m3／h。風(fēng)力提水機(jī)的風(fēng)輪直徑為5～7m，風(fēng)輪軸的動(dòng)力通過(guò)兩對(duì)錐齒輪傳遞給水車或螺旋泵，從而帶動(dòng)水車或水泵提水。這類風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪能夠自動(dòng)迎風(fēng)，一般采用側(cè)翼--﹣配重調(diào)速機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)速。2、中揚(yáng)程大流量風(fēng)力提水機(jī)組中揚(yáng)程大流量風(fēng)力提水機(jī)組是由高速槳葉匹配容積式水泵組成的提水機(jī)組。這類風(fēng)力提水機(jī)組的風(fēng)輪直徑為5～6m，揚(yáng)程為10～20m，流量為15～25m3／h。這類風(fēng)力提水機(jī)用于提取地下水，進(jìn)行農(nóng)田灌溉或人工草場(chǎng)的灌溉。這種機(jī)組中的風(fēng)力機(jī)一般均為流線型升力槳葉風(fēng)力機(jī)，性能先進(jìn)、適用性強(qiáng)，但造價(jià)高于傳統(tǒng)式風(fēng)車。3、高揚(yáng)程小流量風(fēng)力提水機(jī)組高揚(yáng)程小流量風(fēng)力提水機(jī)組是由低速多葉片立軸風(fēng)力機(jī)與活塞水泵相匹配組成的。這類機(jī)組的風(fēng)輪直徑一般為2～6m，揚(yáng)程為20～100m，流量為0.5～5m3／h，主要用于提取深井地下水。這類機(jī)組主要在我國(guó)西北部、北部草原牧區(qū)為人畜提供清潔飲用水或?yàn)樾∶娣e草場(chǎng)提供灌溉用水。這類提水機(jī)是通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)把風(fēng)輪軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛钊玫耐鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行提水作業(yè)的。風(fēng)輪的對(duì)風(fēng)一般都是通過(guò)尾翼來(lái)自動(dòng)調(diào)整的，并采用風(fēng)輪偏置﹣尾翼掛接軸傾斜方法進(jìn)行自動(dòng)調(diào)速。

三種風(fēng)力提水機(jī)的性能指標(biāo)二、發(fā)展風(fēng)力提水業(yè)的前景1、進(jìn)一步擴(kuò)大灌溉面積是糧食增產(chǎn)的重要突破口。2、在中低產(chǎn)田的改良中，澇、漬鹽堿地占有較大的比重，這些土地的改良措施主要是排水。3、在畜牧業(yè)生產(chǎn)中，開(kāi)展灌溉人工草場(chǎng)和高產(chǎn)飼草料地是克服草原畜牧業(yè)脆弱性，抵御自然災(zāi)害發(fā)生，促進(jìn)畜牧業(yè)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的根本途徑。機(jī)組揚(yáng)程流量風(fēng)輪直徑低揚(yáng)程大流量0.5～3m50～100m3/h5～7m中揚(yáng)程大流量10～20m15～25m3/h5～6m高揚(yáng)程小流量20～100m0.5～5m3/h2～6m第三節(jié)

風(fēng)力制熱技術(shù)風(fēng)力致熱是將風(fēng)機(jī)輸出軸的機(jī)械能直接轉(zhuǎn)化為熱能的技術(shù)，風(fēng)力致熱的能量利用率高，對(duì)風(fēng)質(zhì)要求低，對(duì)風(fēng)況變化的適應(yīng)性強(qiáng)，蓄能問(wèn)題也便于解決。另外，風(fēng)力致熱裝置的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，且容易滿足風(fēng)力機(jī)對(duì)負(fù)荷的最佳匹配要求。因此，隨著社會(huì)發(fā)展對(duì)熱能需求的增長(zhǎng)，將風(fēng)力致熱技術(shù)應(yīng)用于生活采暖及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等，具有廣闊的發(fā)展前景。根據(jù)熱力學(xué)定律，由高品位能量到低品位能量的轉(zhuǎn)換，其理論效率可達(dá)100％。理想風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)換效率約為60％，實(shí)際應(yīng)用的風(fēng)力機(jī)效率一般僅為理想風(fēng)力機(jī)效率的70％。通常，風(fēng)力機(jī)提水時(shí)的效率只有16％左右，發(fā)電時(shí)的轉(zhuǎn)換效率為30％，而風(fēng)力致熱的轉(zhuǎn)換效率則可以達(dá)到40％。風(fēng)力致熱主要有液體攪拌致熱、液體擠壓致熱、固體摩擦致熱和渦電流法致熱四種方式，其中研究較多的是液體攪拌致熱和液體擠壓致熱。1、液體攪拌致熱液體攪拌致熱是在風(fēng)輪的轉(zhuǎn)軸上連接一個(gè)攪拌轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上裝有葉片，將攪拌轉(zhuǎn)子置于裝滿液體的攪拌罐內(nèi)，罐的內(nèi)壁為定子，也裝有葉片。當(dāng)風(fēng)輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子攪拌液體，液體在轉(zhuǎn)子葉片、定子葉片及容器壁之間做渦流運(yùn)動(dòng)，并不斷撞擊、摩擦，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為熱能，提高了液體的溫度，從而得到所需的熱能。攪拌致熱裝置容易制造、無(wú)易磨損件，對(duì)載熱介質(zhì)無(wú)嚴(yán)格要求。在整個(gè)工作過(guò)程中，將投入的能量全部轉(zhuǎn)換為熱能，能很好地與風(fēng)力機(jī)輸出功率特性相匹配，功率系數(shù)大。2、液體擠壓致熱液體擠壓致熱是利用液壓泵和阻尼孔來(lái)進(jìn)行致熱，風(fēng)力機(jī)輸出軸驅(qū)動(dòng)液壓泵旋轉(zhuǎn)，使液壓油從狹小的阻尼孔高速噴出，高速噴出的油與尾流管中的低速油相沖擊。油液高速通過(guò)阻尼孔時(shí)，由于分子間的互相沖擊和摩擦而加速分子的運(yùn)動(dòng)，油液的動(dòng)能變成熱能，油溫上升。由于是液體間的沖擊和摩擦，故不會(huì)因磨損、燒損等問(wèn)題損壞致熱裝置，因此，液體擠壓致熱的可靠性較高。3、致熱工質(zhì)的選擇致熱工質(zhì)是風(fēng)力致熱器設(shè)計(jì)的重要組成部分，關(guān)系到風(fēng)力致熱器的體積和系統(tǒng)的致熱效率。液體攪拌致熱依靠液體的撞擊摩擦將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為熱能。牛頓內(nèi)摩擦定律揭示：由于流體的粘滯性，在相互滑動(dòng)的各層之間會(huì)產(chǎn)生流體的內(nèi)摩擦力，由它們把運(yùn)動(dòng)傳遞到各相鄰的流體層，使流動(dòng)較快的層減速，而流動(dòng)較慢的層加速，形成按一定規(guī)律變化的流速分布。風(fēng)力致熱器在風(fēng)速過(guò)低、過(guò)大和無(wú)風(fēng)的情況下都不能工作，風(fēng)速小的時(shí)候還有可能出現(xiàn)致熱功率不足等問(wèn)題。第四節(jié)

風(fēng)力發(fā)電一、風(fēng)力發(fā)電發(fā)展簡(jiǎn)史風(fēng)力發(fā)電是在大量利用風(fēng)力提水的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，最早起源于丹麥。早在1890年，丹麥政府就制定了一項(xiàng)風(fēng)力發(fā)電計(jì)劃，經(jīng)過(guò)18年的努力，制造出首批72臺(tái)單機(jī)功率為5～25kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，又經(jīng)過(guò)十年的努力，發(fā)展到120臺(tái)。時(shí)至今日，丹麥已成為世界上生產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的大國(guó)。我國(guó)是世界上利用風(fēng)能最早的國(guó)家之一。用帆式風(fēng)車提水已有1700多年的歷史，在農(nóng)業(yè)灌溉和鹽池提水中起到過(guò)重要的作用。從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，在國(guó)家有關(guān)部門的領(lǐng)導(dǎo)和協(xié)調(diào)下，我國(guó)開(kāi)始小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研制，并取得了明顯進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了小型機(jī)組的國(guó)產(chǎn)化，且在內(nèi)蒙古等地區(qū)得到較廣泛的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)一步提高，風(fēng)力發(fā)電將更有競(jìng)爭(zhēng)力，其清潔和安全性更符合綠色社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的政策。二、風(fēng)力發(fā)電的原理及系統(tǒng)組成1、風(fēng)力發(fā)電的原理風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來(lái)促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。即把風(fēng)的動(dòng)能→機(jī)械動(dòng)能→電力動(dòng)能。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約3m/s的微風(fēng)速度（微風(fēng)的程度）便可以開(kāi)始發(fā)電。典型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是由風(fēng)能資源、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、控制裝置、蓄能裝置、備用電源、電能用戶組成。其中風(fēng)力風(fēng)電機(jī)組是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，按照其收集風(fēng)能的結(jié)構(gòu)形式及在空間的布置，可分為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中前者應(yīng)用遠(yuǎn)多于后者，小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)效率很高，基本結(jié)構(gòu)如圖示。其工作原理是：風(fēng)輪在風(fēng)力作用下旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，發(fā)電機(jī)在風(fēng)輪軸的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)發(fā)電。1-－風(fēng)輪（集風(fēng)裝置）；2－傳動(dòng)裝置；3－塔架；4－調(diào)向器（尾翼）；5－限速調(diào)速裝置；6－發(fā)電機(jī)2、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的組成（1）風(fēng)輪（集風(fēng)裝置）集風(fēng)裝置的作用是將流動(dòng)空氣具有的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。一般由2～3個(gè)葉片和輪轂組成。小型風(fēng)力機(jī)的葉片通常采用優(yōu)質(zhì)木材加工制成，表面涂上保護(hù)漆，其根部與輪轂相接處使用良好的金屬接頭并用螺栓擰緊，采用玻璃纖維或其他復(fù)合材料蒙皮的風(fēng)力機(jī)則效果更好?？偟恼f(shuō)來(lái)，除部分小型風(fēng)力機(jī)的葉片采用木質(zhì)材料外，中、大型風(fēng)力機(jī)的葉片今后都傾向于采用玻璃纖維或高強(qiáng)度的復(fù)合材料。輪轂是風(fēng)輪的樞紐，也是葉片根部與主軸的連接件，風(fēng)力機(jī)葉片都要裝在輪轂上，所有從葉片傳來(lái)的力，都通過(guò)輪轂傳遞到傳動(dòng)系統(tǒng)，再傳到風(fēng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)的對(duì)象。同時(shí)輪轂也是控制葉片槳距（使葉片做俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)）的所在，因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)保證足夠的強(qiáng)度，并力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，在可能條件下（如采用葉片失速控制），葉片采用定槳距結(jié)構(gòu)，也就是將葉片固定在輪轂上（無(wú)俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)），這樣不但能簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高壽命，而且能有效地降低成本。（2）發(fā)電機(jī)目前風(fēng)能利用中有三種風(fēng)力發(fā)電機(jī)，即直流發(fā)電機(jī)、同步交流發(fā)電機(jī)和異步交流發(fā)電機(jī)。小功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)多采用同步或異步交流發(fā)電機(jī)，因?yàn)轱L(fēng)量的不穩(wěn)定性，故其輸出的是電壓變化的交流電，須經(jīng)過(guò)整流裝置轉(zhuǎn)換成直流電，再對(duì)蓄電池充電，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)電路功能的逆變電源把蓄電池里的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成交流220V市電，才能保證穩(wěn)定使用。（3）調(diào)向器（偏航系統(tǒng)）調(diào)向器的作用是盡量使風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪隨時(shí)都迎著風(fēng)向，最大限度地獲得風(fēng)能，一般采用尾翼控制風(fēng)輪的迎風(fēng)朝向。常用的調(diào)向器主要有以下三種：①尾舵：主要用于小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，它的優(yōu)點(diǎn)是能夠自主地對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，不需要特殊控制。由于尾舵調(diào)向裝置結(jié)構(gòu)笨重，因此很少應(yīng)用于中型以上的風(fēng)力機(jī)②側(cè)風(fēng)輪在機(jī)艙的側(cè)面安裝一個(gè)小風(fēng)輪，其旋轉(zhuǎn)軸與風(fēng)輪主軸垂直，如果主風(fēng)輪沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，則側(cè)風(fēng)輪會(huì)被風(fēng)吹動(dòng)，從而產(chǎn)生偏向力，并通過(guò)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)使主風(fēng)輪轉(zhuǎn)到對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向?yàn)橹?。③風(fēng)向跟蹤系統(tǒng)為了達(dá)到更好的對(duì)風(fēng)效果，對(duì)于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，一般采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)向跟蹤系統(tǒng)。整個(gè)偏航系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、偏航調(diào)節(jié)系統(tǒng)和扭纜保護(hù)裝置等部分組成，偏航調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括風(fēng)向標(biāo)和偏航系統(tǒng)調(diào)節(jié)軟件。風(fēng)向標(biāo)的主要作用是對(duì)應(yīng)每一個(gè)風(fēng)向都有一個(gè)相應(yīng)的脈沖輸出信號(hào)，并通過(guò)偏航系統(tǒng)軟件確定其偏航方向和偏航角度，然后將偏航信號(hào)放大傳送給電動(dòng)機(jī)，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)力機(jī)平臺(tái)，直到對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向?yàn)橹埂Ｈ绻麢C(jī)艙在同一方向偏航超過(guò)3圈以上時(shí)，則扭纜保護(hù)裝置開(kāi)始動(dòng)作，執(zhí)行解纜，直到機(jī)艙回到位置時(shí)解纜停止。（4）限速安全裝置安裝限速安全裝置是為了保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行。風(fēng)輪轉(zhuǎn)速過(guò)高或發(fā)電機(jī)超負(fù)荷都會(huì)危及風(fēng)力發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行。限速安全裝置能保證風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速在一定的風(fēng)速范圍內(nèi)運(yùn)行。除了限速裝置外，風(fēng)力發(fā)電機(jī)還設(shè)有專門的制動(dòng)裝置，在風(fēng)速過(guò)高時(shí)可以使風(fēng)輪停轉(zhuǎn)，保證特大風(fēng)速下風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全。限速裝置有各種各樣的類型，但從原理上來(lái)看大致有以下三類：使風(fēng)輪偏離風(fēng)向超速保護(hù)、利用氣動(dòng)阻力制動(dòng)、改變?nèi)~片的槳距角調(diào)速。①偏離風(fēng)向超速保護(hù)對(duì)于小型風(fēng)力機(jī)，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，其葉片一般是固定在輪轂上。在遇上超過(guò)設(shè)計(jì)風(fēng)速的強(qiáng)風(fēng)時(shí)，為了避免風(fēng)輪超速轉(zhuǎn)動(dòng)甚至葉片被吹毀，常采用使風(fēng)輪水平或垂直旋轉(zhuǎn)的辦法，以便偏離風(fēng)向，從而達(dá)到超速保護(hù)的目的。這種裝置的關(guān)鍵是把風(fēng)輪軸設(shè)計(jì)成偏離軸心一個(gè)水平或垂直的距離，從而產(chǎn)生一個(gè)偏心距。同時(shí)安裝一副彈簧，一端系在與風(fēng)輪構(gòu)成一體的偏轉(zhuǎn)體上，一端固定在機(jī)座底盤或尾桿上，并預(yù)調(diào)彈簧力，使在設(shè)計(jì)風(fēng)速內(nèi)風(fēng)輪偏轉(zhuǎn)力矩小于或等于彈簧力矩。當(dāng)風(fēng)速超過(guò)設(shè)計(jì)風(fēng)速時(shí)，風(fēng)輪偏轉(zhuǎn)力矩大于彈簧力矩，使風(fēng)輪向偏心距一側(cè)水平或垂直旋轉(zhuǎn)，直到風(fēng)輪受力力矩與彈簧力矩相平衡，風(fēng)速恢復(fù)到設(shè)計(jì)風(fēng)速以內(nèi)時(shí)，風(fēng)輪偏轉(zhuǎn)力矩小于彈簧力矩，使風(fēng)輪向軸側(cè)水平或垂直旋轉(zhuǎn)，恢復(fù)到設(shè)計(jì)的繞軸心運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。極限狀態(tài)下，如在遇到強(qiáng)風(fēng)時(shí)，可使風(fēng)輪轉(zhuǎn)到與風(fēng)向相平行，以達(dá)到停轉(zhuǎn)，保護(hù)風(fēng)力機(jī)不被吹毀。②利用氣動(dòng)阻力制動(dòng)該裝置將減速板鉸接在葉片端部，與彈簧相連。在正常情況下，減速板保持在與風(fēng)輪軸同心的位置，當(dāng)風(fēng)輪超速時(shí)，減速板因所受的離心力對(duì)鉸接軸的力矩大于彈簧張力的力矩，從而繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)成為擾流器，增加風(fēng)輪阻力，起到減速作用。當(dāng)風(fēng)速降低后它們又回到原來(lái)位置。③變槳距調(diào)速采用變槳距方式除了可以控制轉(zhuǎn)速外，還可以減小轉(zhuǎn)子和驅(qū)動(dòng)鏈中各部件的壓力，并允許風(fēng)力機(jī)在很大的風(fēng)速下運(yùn)行，因而應(yīng)用相當(dāng)廣泛。在中小型風(fēng)力機(jī)中，采用離心調(diào)速方式比較普遍，即利用槳葉或安裝在風(fēng)輪上的重錘所受的離心力來(lái)進(jìn)行控制。當(dāng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速增加時(shí)，旋轉(zhuǎn)配重或槳葉的離心力隨之增加并壓縮彈簧，使葉片的槳距角改變，從而使受到的風(fēng)力減小，以降低轉(zhuǎn)速。當(dāng)離心力等于彈簧張力時(shí)，即達(dá)到平衡位置。（5）塔架風(fēng)力機(jī)的塔架是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)重要的基礎(chǔ)平臺(tái)，除了要支撐風(fēng)力機(jī)的重量，還要承受吹向風(fēng)力機(jī)和塔架的風(fēng)壓以及風(fēng)力機(jī)運(yùn)行中的動(dòng)載荷，應(yīng)滿足很高的剛度要求。它的剛度和風(fēng)力機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中由于振動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)載荷有密切關(guān)系。如果說(shuō)塔架對(duì)小型風(fēng)力機(jī)影響還不太明顯的話，對(duì)大、中型風(fēng)力機(jī)的影響就不容忽視了。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的塔架主要可分為管柱型和桁架型兩類。管柱型塔架可從最簡(jiǎn)單的木桿，一直到大型鋼管和混凝土管柱。小型風(fēng)力機(jī)塔桿為了增加抗彎矩的能力，可以用拉線來(lái)加強(qiáng)；中、大型塔桿為了運(yùn)輸方便，可以將鋼管分成幾段。一般來(lái)說(shuō)，管柱型塔架對(duì)風(fēng)的阻力較小，特別是對(duì)于下風(fēng)向風(fēng)力機(jī)，產(chǎn)生紊流的影響要比桁架型塔架小。桁架型塔架常用于中、小型風(fēng)力機(jī)上，其優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)不高，運(yùn)輸也方便，但這種塔架會(huì)使下風(fēng)向風(fēng)力機(jī)的葉片產(chǎn)生很大的紊流。（6）蓄電池蓄電池是發(fā)電系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的部件，多采用汽車用鉛酸蓄電池、近年來(lái)國(guó)內(nèi)有些廠家也開(kāi)發(fā)出了適用于風(fēng)能、太陽(yáng)能應(yīng)用的專用鉛酸蓄電池。另外，還可以選用鎘鎳堿性蓄電池的，但其價(jià)格較貴。（7）控制器風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制器的功能是控制和顯示風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)蓄電池的充電，以保證蓄電池不至于過(guò)充電和過(guò)放電，保證蓄電池的正常使用和整個(gè)系統(tǒng)的可靠工作。目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制器一般都附帶一個(gè)耗能負(fù)載，它的作用是在蓄電池已充滿且外部負(fù)荷很小時(shí)來(lái)吸納風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能。（8）逆變器逆變器是把直流電（12V、24V、36V和48V）變成220V交流電的裝置，因?yàn)槟壳笆袌?chǎng)上很多用電器是采用220V供電的，因此這一裝置在很多應(yīng)用場(chǎng)合是必需的。思考題4-3、簡(jiǎn)述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中調(diào)向器的作用及常用類型？08七月2025第四章

風(fēng)能及其利用3三、風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)行方式風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)行方式可分為獨(dú)立運(yùn)行、并網(wǎng)運(yùn)行、風(fēng)電場(chǎng)、風(fēng)力﹣柴油發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行、風(fēng)力發(fā)電﹣太陽(yáng)電池發(fā)電聯(lián)合運(yùn)行、風(fēng)力﹣生物質(zhì)能﹣柴油聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)等。1、獨(dú)立運(yùn)行亦稱為獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)，是應(yīng)用在無(wú)電網(wǎng)地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，一般功率較小。通常是由一臺(tái)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)向一戶或幾戶提供電力，用蓄電池蓄能，以保證無(wú)風(fēng)時(shí)的用電。3～5kW以下的風(fēng)力發(fā)電機(jī)多采用這種運(yùn)行方式，可供邊遠(yuǎn)農(nóng)村、牧區(qū)、海島、氣象臺(tái)站、導(dǎo)航燈塔、電視差轉(zhuǎn)臺(tái)及邊防哨所等電網(wǎng)達(dá)不到的地區(qū)利用。2、并網(wǎng)運(yùn)行是指風(fēng)電機(jī)組與電網(wǎng)相聯(lián)，向電網(wǎng)輸送有功功率，同時(shí)吸收或者發(fā)出無(wú)功功率的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)運(yùn)行是為了克服風(fēng)的隨機(jī)性帶來(lái)的蓄能問(wèn)題而采取的最穩(wěn)妥易行的運(yùn)行方式，也是風(fēng)力發(fā)電的主要發(fā)展方向。10kW以上直至兆瓦級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)均可以采用這種運(yùn)行方式。3、風(fēng)電場(chǎng)該運(yùn)行方式是在風(fēng)能資源豐富的地區(qū)按一定的排列規(guī)則成群安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，組成集群，少的3～5臺(tái)，多的可達(dá)幾十臺(tái)、幾百臺(tái)，甚至數(shù)千上萬(wàn)臺(tái)。風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量為幾十千瓦至幾百千瓦，也有達(dá)到兆瓦以上的。風(fēng)電場(chǎng)一般選在較大盆地的風(fēng)力進(jìn)出口或較大海洋湖泊的風(fēng)力進(jìn)出口等，具體體現(xiàn)在高山環(huán)繞盆地（或海洋或湖泊）的峽谷低處，或有貫穿環(huán)山巖溶巖洞處，這樣就可獲得較大的風(fēng)力。一般需要達(dá)到兩個(gè)要求：一是場(chǎng)址的風(fēng)能資源比較豐富，年平均風(fēng)速在6m/s以上，年平均有效風(fēng)功率密度大于200W/m2，年有效風(fēng)速累積時(shí)間（3～25m/s）不小于5000h；二是場(chǎng)地面積需達(dá)到一定的規(guī)模，以便有足夠的場(chǎng)地布置風(fēng)力發(fā)電機(jī)。風(fēng)電場(chǎng)大規(guī)模利用風(fēng)能，其發(fā)出的電能全部經(jīng)變電設(shè)備送往大電網(wǎng)。4、風(fēng)力﹣柴油發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行該系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、柴油發(fā)電機(jī)組、蓄能裝置、控制系統(tǒng)、用戶負(fù)荷及耗能負(fù)荷等組成。各發(fā)電、供電系統(tǒng)既能單獨(dú)工作，又能聯(lián)合工作，互相不沖突。采用風(fēng)力﹣柴油發(fā)電系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定持續(xù)的供電。這種系統(tǒng)有兩種不同的運(yùn)行方式：①風(fēng)力發(fā)電機(jī)與柴油發(fā)電機(jī)交替運(yùn)行；②風(fēng)力發(fā)電機(jī)與柴油發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行。5、風(fēng)力發(fā)電﹣太陽(yáng)能電池發(fā)電聯(lián)合運(yùn)行該系統(tǒng)是一種互補(bǔ)的新能源發(fā)電系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以和太陽(yáng)能電池組成聯(lián)合供電系統(tǒng)。風(fēng)能、太陽(yáng)能都具有能量密度低、穩(wěn)定性差的弱點(diǎn)，并受地理分布、季節(jié)變化及晝夜變化等因素的影響。我國(guó)屬于季風(fēng)氣候區(qū)，冬季、春季風(fēng)力強(qiáng)，但太陽(yáng)輻射弱，夏季、秋季風(fēng)力弱，但太陽(yáng)輻射強(qiáng)，兩者能量變化趨勢(shì)相反，因而可以組成能量互補(bǔ)系統(tǒng)，并給出比較穩(wěn)定的電能輸出。這種運(yùn)行方式利用了自然能源的互補(bǔ)特性，增加了供電的可靠性。6、風(fēng)力﹣生物質(zhì)能﹣柴油聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)該系統(tǒng)是在風(fēng)力﹣柴油發(fā)電系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了更多功能的聯(lián)合系統(tǒng)，在有生物質(zhì)能的地方，將柴油發(fā)電系統(tǒng)直接接入沼氣、天然氣或生物柴油等可燃?xì)怏w或液體，就可以使柴油發(fā)電機(jī)工作并發(fā)電。四、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由兩部分組成：一部分是為發(fā)電提供原動(dòng)力的風(fēng)力機(jī)，也稱為風(fēng)輪機(jī)；另一部分是將其轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電機(jī)。1、風(fēng)力機(jī)的分類風(fēng)力機(jī)主要利用氣動(dòng)升力帶動(dòng)風(fēng)輪。氣動(dòng)升力是由飛行器的機(jī)翼產(chǎn)生的一種力，機(jī)翼翼型特點(diǎn)使運(yùn)動(dòng)的氣流在機(jī)翼上表面形成低壓區(qū)，在機(jī)翼下表面形成高壓區(qū)，從而產(chǎn)生向上的合力，并垂直于氣流方向。在產(chǎn)生升力的同時(shí)也產(chǎn)生阻力，風(fēng)速也會(huì)有所下降。升力總是推動(dòng)葉片繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。國(guó)內(nèi)外風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)形式繁多，從不同的角度可有多種分類方法。（1）按葉片工作原理分：升力型風(fēng)力機(jī)（啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)速高）和阻力型風(fēng)力機(jī)（啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)速低）。（2）按風(fēng)力機(jī)的用途分：風(fēng)力發(fā)電機(jī)、風(fēng)力提水機(jī)、風(fēng)力鍘草機(jī)、風(fēng)力脫谷機(jī)等。（3）按風(fēng)輪葉片的葉尖線速度與吹來(lái)風(fēng)速之比大小分：高速風(fēng)力機(jī)（比值大于3）和低速風(fēng)力機(jī)（比值小于3）。也有把比值為2～5的稱為中速風(fēng)力機(jī)。（4）按風(fēng)機(jī)容量大小分：小型（100kW以下）、中型（100～1000kW）、大型（1000kW以上）。我國(guó)則分成微型（1kW以下）、小型（1～10kW）、中型（10～100kW）和大型（100kW以上）4種。也有的將1000kW以上的風(fēng)機(jī)稱為巨型風(fēng)力機(jī)。（5）按風(fēng)輪葉片數(shù)量分：?jiǎn)稳~片、雙葉片、三葉片、四葉片及多葉片式風(fēng)力機(jī)。（6）按風(fēng)輪軸與地面的相對(duì)位置分：水平軸風(fēng)力機(jī)、垂直軸（立軸）風(fēng)力機(jī)。水平軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向平行；垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面或氣流方向。因?yàn)槿~片工作原理不同，水平軸和垂直軸風(fēng)力機(jī)又可細(xì)分為升力型水平軸風(fēng)力機(jī)、阻力型水平軸風(fēng)力機(jī)、升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)和阻力型垂直軸風(fēng)力機(jī)。2、垂直軸風(fēng)力機(jī)（1）槳葉式風(fēng)力機(jī)（2）薩布紐斯式風(fēng)力機(jī)（3）達(dá)里厄型風(fēng)力機(jī)（4）旋轉(zhuǎn)渦輪式風(fēng)力機(jī)（5）費(fèi)來(lái)納式風(fēng)力機(jī)（6）費(fèi)特.肖奈達(dá)式風(fēng)力機(jī)3、水平軸風(fēng)力機(jī)（1）螺旋槳式風(fēng)力機(jī)（2）荷蘭式風(fēng)力機(jī)（3）多翼式風(fēng)力機(jī)（4）帆翼式風(fēng)力機(jī)（5）渦輪式風(fēng)力機(jī)（6）多風(fēng)輪式風(fēng)力機(jī)請(qǐng)自行閱讀教材P69~P71頁(yè)，想一想思考題1：將達(dá)里厄型風(fēng)力機(jī)和薩布紐斯式風(fēng)力機(jī)組合在一起使用有什么優(yōu)點(diǎn)？思考題2：風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)有哪兩種連接方式？多葉片風(fēng)力機(jī)單葉片風(fēng)力機(jī)垂直軸風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)渦輪風(fēng)力機(jī)五、發(fā)電機(jī)的選擇和分類1、異步交流發(fā)電機(jī)（1）按結(jié)構(gòu)不同分類：籠型、繞線轉(zhuǎn)子。①在定槳距并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，一般采用籠型異步發(fā)電機(jī)?；\型異步發(fā)電機(jī)定子由鐵心和定子繞組組成。轉(zhuǎn)子采用籠型結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子鐵心由硅鋼片疊成，呈圓筒形，槽中嵌入金屬（鋁或銅）導(dǎo)條。在鐵心兩端用鋁或銅端環(huán)將導(dǎo)條短接。轉(zhuǎn)子不需要外加勵(lì)磁，沒(méi)有集電環(huán)和電刷。籠型異步發(fā)電機(jī)剖面②繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)的定子與籠型異步發(fā)電機(jī)相同，轉(zhuǎn)子繞組電流通過(guò)集電環(huán)和電刷流入流出。異步發(fā)電機(jī)定子繞組為三相繞組，可采用星形或三角形聯(lián)結(jié)，當(dāng)定子的三相繞組接到三相電壓時(shí)，可以產(chǎn)生固定速度的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速略高于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速，并且恒速運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)。因風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，在風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)之間需經(jīng)增速齒輪箱傳動(dòng)來(lái)提高轉(zhuǎn)速以達(dá)到適合異步發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。一般與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的異步發(fā)電機(jī)為4極或6極發(fā)電機(jī)，當(dāng)電網(wǎng)頻率為50Hz時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速必須高于1500r/min或1000r/min，才能運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)，向電網(wǎng)輸送電能。三相繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)繞組接線（2）并網(wǎng)方式：直接并網(wǎng)、降壓并網(wǎng)、通過(guò)晶閘管軟并網(wǎng)①

直接并網(wǎng)風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)的條件有