论风力发电及风力机械特性

    摘 要：全球经济增长对能源需求日渐强烈，我国作为人口大国和工业大国，对能源的需
求和能源短缺之间的矛盾日渐尖锐，石油市场的竞争耗费了我国大量人力物力，我国为了
保证石油供应的稳定付出了巨大的代价。为了缓解能源供应紧张，我国对于可再生能源的重
视程度逐渐加大，可再生能源占能源消耗的比例总比例也就见增大。作为清洁能源的重要组
成部分，风力发电拥有巨大的发展潜力，是关乎国家能源环境未来的重要技术。本文就风力
发电和锋利机械的特性进行简单探索，意在实现对风力机械的精确控制和对风力资源利用
率的提高。

 

　　关键词：风力发电；

 风力机械；可再生能源 

　　风力发电除了具有可再生的优势之外，还具有清洁无污染的特点，对比火力发电和核
电，风力发电无排放。在几十年的经济建设中我们犯了很多错误，对环境无节制的利用和破
坏导致了大自然的报复，雾霾、沙尘暴等等就是最直接的例子。从地理上研究，我国处于亚
热带季风气候，全年大部分地方都有很强的劲风，而且我国幅员辽阔，有着大面积的丘陵
和平原，对于风力发电需要的大面积风车群提供了广阔的空间。无论是从能源角度，还是从
环保角度，或者地理优势方面，我国大力推广风力发电建设都是明智的选择。下图就是位于
我国蒙古草原上的风力发电风车。

 

　　

1.风力发电发展简史 

　　风力发电的想法最初在上个世纪三十年代的丹麦、瑞典苏联等国家就已经开始付诸实践。
通过利用旋翼技术研制成功小型发电装置，在多风的海岛和荒僻的农村使用广泛，因为风
力发电成本要比火力发电低廉很多。在之后的几十年里研究人员不断尝试更大功率的发电风
车，到

1978 年，美国研制的风力发电机功率已经能够达到 200 千瓦。 

　　风力发电的基本原理就是把风的动能转化为机械能，通过机械能转化为电能。在风吹下
风车旋转获得动能，带动发电机发电。根据目前达到的技术水平，每秒三米的速度就能够发
电。

 

　　风力发电技术的分布仍然以西方为主，芬兰、丹麦等国家风力发电占总发电量的比例已
经很可观。在我国国家电网铺设难度十分大的西部，风力发电也被广泛使用。

 

　　从成本出发，每秒四米的风速才适合发电。我国由于特殊的地理位置，风力资源极为丰
富，大部分地方风速都达到三米每秒以上。在东北、西北、西南高原等地三分之一年都是大风
天，在这些地方，发展风力发电很有前途。

 

　　

2.风力发电系统结构组成 

　　风力发电原理并不复杂，结构也十分清晰。通过自然风推动叶轮，把风能转化为机械能，
通过逐级传动带动发电机转轴转动把机械能转化为电能，通过一系列整流设备进行功率和
参数转换，接入国家电网。小型发电设备通过蓄电池把电能储存起来，通过变电设备转换为
直流电对直流设备直接供电，或者通过逆变器转换为交流，供给交流用电设备。具体结构分
析见下图。

 

　　

3.风力机械特性 

　　风速模型。自然风风力变化复杂，通过数学模型，在平均风力上叠加分量。

 

　　自然风存在随机波动，需要在平均风速基础上叠加随即分量。

 

　　叶尖速比。衡量风轮运转速度大小的参数。是叶片间断圆周速度和风速的比值。