風(fēng)力發(fā)電機的分類及各自特點總結(jié)

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風(fēng)力發(fā)電機的分類及各自特點總結(jié)

風(fēng)力發(fā)電機組的分類及各自特點風(fēng)力發(fā)電機組主要由兩大部分組成：

風(fēng)力機部分——它將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械能；

發(fā)電機部分——它將機械能轉(zhuǎn)換為電能。

根據(jù)風(fēng)機這兩大部分采用的不同結(jié)構(gòu)類型、以及它們分別采用的技術(shù)方案的不同特征，再加上它們的不同組合，風(fēng)力發(fā)電機組可以有多種多樣的分類。

(1)如依風(fēng)機旋轉(zhuǎn)主軸的方向（即主軸與地面相對位置）分類，可分為：

“水平軸式風(fēng)機”——轉(zhuǎn)動軸與地面平行，葉輪需隨風(fēng)向變化而調(diào)整位置；

“垂直軸式風(fēng)機”——轉(zhuǎn)動軸與地面垂直，設(shè)計較簡單，葉輪不必隨風(fēng)向改變而調(diào)整方向。

(2)按照槳葉受力方式可分成“升力型風(fēng)機”或“阻力型風(fēng)機”。

(3)按照槳葉數(shù)量分類可分為“單葉片”“雙葉片”“三葉片”和“多葉片”型風(fēng)機；葉片的數(shù)目由很多因素決定，其中包括空氣動力效率、復(fù)雜度、成本、噪音、美學(xué)要求等等。

大型風(fēng)力發(fā)電機可由1、2或者3片葉片構(gòu)成。

葉片較少的風(fēng)力發(fā)電機通常需要更高的轉(zhuǎn)速以提取風(fēng)中的能量，因此噪音比較大。而如果葉片太多，它們之間會相互作用而降低系統(tǒng)效率。目前3葉片風(fēng)電機是主流。從美學(xué)角度上看，3葉片的風(fēng)電機看上去較為平衡和美觀。

(4)按照風(fēng)機接受風(fēng)的方向分類，則有“上風(fēng)向型”——葉輪正面迎著風(fēng)向（即在塔架的前面迎風(fēng)旋轉(zhuǎn)）和“下風(fēng)向型”——葉輪背順著風(fēng)向，兩種類型。

上風(fēng)向風(fēng)機一般需要有某種調(diào)向裝置來保持葉輪迎風(fēng)。

而下風(fēng)向風(fēng)機則能夠自動對準風(fēng)向,從而免除了調(diào)向裝置。但對于下風(fēng)向風(fēng)機,由于一部分空氣通過塔架后再吹向葉輪,這樣,塔架就干擾了流過葉片的氣流而形成所謂塔影效應(yīng),使性能有所降低。

(5)按照功率傳遞的機械連接方式的不同，可分為“有齒輪箱型風(fēng)機”和無齒輪箱的“直驅(qū)型風(fēng)機”。

有齒輪箱型風(fēng)機的槳葉通過齒輪箱及其高速軸及萬能彈性聯(lián)軸節(jié)將轉(zhuǎn)矩傳遞到發(fā)電機的傳動軸,聯(lián)軸節(jié)具有很好的吸收阻尼和震動的特性，可吸收適量的徑向、軸向和一定角度的偏移，并且聯(lián)軸器可阻止機械裝置的過載。

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而直驅(qū)型風(fēng)機則另辟蹊徑，配合采用了多項先進技術(shù)，槳葉的轉(zhuǎn)矩可以不通過齒輪箱增速而直接傳遞到發(fā)電機的傳動軸，使風(fēng)機發(fā)出的電能同樣能并網(wǎng)輸出。這樣的設(shè)計簡化了裝置的結(jié)構(gòu)，減少了故障幾率，優(yōu)點很多，現(xiàn)多用于大型機組上。

(6)根據(jù)按槳葉接受風(fēng)能的功率調(diào)節(jié)方式可分為：

“定槳距（失速型）機組”——槳葉與輪轂的連接是固定的。當風(fēng)速變化時，槳葉的迎風(fēng)角度不能隨之變化。由于定槳距（失速型）機組結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，在20年來的風(fēng)能開發(fā)利用中一直占據(jù)主導(dǎo)地位。

“變槳距機組”——葉片可以繞葉片中心軸旋轉(zhuǎn)，使葉片攻角可在一定范圍內(nèi)（一般0－90度）調(diào)節(jié)變化，其性能比定槳距型提高許多，但結(jié)構(gòu)也趨于復(fù)雜，現(xiàn)多用于大型機組上。

(7)按照葉輪轉(zhuǎn)速是否恒定可分為：

“恒速風(fēng)力發(fā)電機組”——設(shè)計簡單可靠，造價低，維護量少，直接并網(wǎng)；缺點是：氣動效率低，結(jié)構(gòu)載荷高，給電網(wǎng)造成電網(wǎng)波動，從電網(wǎng)吸收無功功率。

“變速風(fēng)力發(fā)電機組”——氣動效率高，機械應(yīng)力小，功率波動小，成本效率高，支撐結(jié)構(gòu)輕。缺點是：功率對電壓降敏感，電氣設(shè)備的價格較高，維護量大�，F(xiàn)常用于大容量的主力機型。

(8)根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)電機類型分類，可分為兩大類：

“異步發(fā)電機型”“同步發(fā)電機型”

只要選用適當?shù)淖兞餮b置，它們都可以用于變速運行風(fēng)機。

異步發(fā)電機按其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同又可分為：

(a)籠型異步發(fā)電機——轉(zhuǎn)子為籠型。由于結(jié)構(gòu)簡單可靠、廉價、易于接入電網(wǎng)，而在小、中型機組中得到大量的使用；

(b)繞線式雙饋異步發(fā)電機——轉(zhuǎn)子為線繞型。定子與電網(wǎng)直接連接輸送電能，同時繞線式轉(zhuǎn)子也經(jīng)過變頻器控制向電網(wǎng)輸送有功或無功功率。

擴展閱讀：風(fēng)力發(fā)電機的分類總結(jié)

一、首先，風(fēng)力發(fā)電機分類有許多種。

國內(nèi)外風(fēng)力機的結(jié)構(gòu)形式繁多，從不同的角度有多種分類方法：

①(按風(fēng)輪軸與地面的相對位置，分為水平軸式風(fēng)力機和垂直軸（立軸）式風(fēng)力機。

②按葉片工作原理，分為升力型風(fēng)力機和阻力型風(fēng)力機。

③按風(fēng)力機的用途分類，有風(fēng)力發(fā)電機、風(fēng)力提水機、風(fēng)力鍘草機、風(fēng)力脫谷機等。

④按風(fēng)輪葉片的葉尖線速度與吹來的風(fēng)速之比的大小來分，有高速風(fēng)力機（比值大于3）和低速風(fēng)力機（比值小于3）；也有把該比值2～5者稱為中速風(fēng)力機。

⑤按風(fēng)機容量大小分類：國際上通常將風(fēng)力機組分為小型（100KW以下）、中型（100～1000KW）和大型（1000KW以上）3種；

我國則分成微型（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)機稱為巨型風(fēng)力機。

⑥按風(fēng)輪的葉片數(shù)量，分單葉片、雙葉片、三葉片、四葉片及多葉片式風(fēng)力機。

二、又因為葉片工作原理不同，水平軸和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機又可細分為：升力型水平軸風(fēng)力發(fā)電機，阻力型水平軸風(fēng)力發(fā)電機；升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，阻力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機。

以下就是各種風(fēng)力發(fā)電機的種類和特征概述：

1、風(fēng)力機的種類及特征：垂直軸風(fēng)力機

(1)槳葉式風(fēng)力機槳葉式風(fēng)力機是一種阻力型風(fēng)力機，因它的葉片形狀而得名。這種風(fēng)力機的關(guān)鍵集中在如何減少逆風(fēng)方向葉片的阻力，對此有許多設(shè)計方案。使用遮風(fēng)板的，也有改變迎風(fēng)角的，不過槳葉式風(fēng)力機的效率很低，除了在日本局部地區(qū)曾經(jīng)使用過外，實際上幾乎沒有制造和使用的實例。一般來說，這種風(fēng)力機歸類為垂直軸型，但是也有把它設(shè)計成水平軸的。

(2)薩布紐斯式風(fēng)力機薩布紐斯式風(fēng)力機是20年代發(fā)明的垂直軸風(fēng)力機，它以發(fā)明者薩布紐斯的名字命名(我國有時稱它為S型風(fēng)力機)。這種風(fēng)力機通常由兩枚半圓筒形的葉片所構(gòu)成，也有用三一四枚的。這種風(fēng)力機往往上下重疊多層。效率最大不超過10％，能產(chǎn)生很大的扭矩。在發(fā)展中國家有人用它來提水、發(fā)電等。是一種傳統(tǒng)的阻力型風(fēng)力發(fā)電機。

(3)達里厄型風(fēng)力機達里厄風(fēng)力機是一種新開發(fā)的垂直軸式風(fēng)力機，以法國發(fā)明者達里厄的名字命名，下圖為普通的Φ形達里厄風(fēng)力機和特殊的Δ形達里厄風(fēng)力機。其葉片多為23枚。該風(fēng)力機回轉(zhuǎn)時與風(fēng)向無關(guān)，是升力型的。它裝置簡單，成本也比較便宜，但起動性能差，因此也有人把這種風(fēng)力機和一部薩布紐斯風(fēng)力機組合在一起使用。

(4)旋轉(zhuǎn)渦輪式風(fēng)力機垂直軸升力型旋轉(zhuǎn)渦輪式風(fēng)力機，這種風(fēng)力杉L垂直安裝34枚對稱翼形的葉片。它有使葉片自動保持最佳攻角的機構(gòu)。因此結(jié)構(gòu)復(fù)雜價格也較高，但它能改變槳距、起動性能好、能保持一定的轉(zhuǎn)速，效率極高。這種風(fēng)機也有把同樣的葉片固定安裝的形式。

(5)弗來納式風(fēng)力機在氣流中回轉(zhuǎn)的圓筒或球，可以使該物體的周圍的壓力發(fā)生變化而產(chǎn)生升力。這種現(xiàn)象叫馬格努斯效應(yīng)，利用這個效應(yīng)的發(fā)電裝置叫弗來納式風(fēng)力發(fā)電裝置。在大的圓形軌道上移動的小車上裝上回轉(zhuǎn)的圓筒，由風(fēng)力驅(qū)動小車，用裝在小車軸上的發(fā)電機發(fā)電。這種裝置，是1931年由美國的J馬達拉斯發(fā)明的，并實際制造了重15噸、高27米的巨大模型進行了實驗。這個實驗的詳細情況不清，但時間很短便中止了�，F(xiàn)在弗來納式風(fēng)力機裝置又受到重視，美國的笛頓大學(xué)在重新進行開發(fā)和試驗。

(6)費特肖奈達式風(fēng)力機這種風(fēng)力機是由德國費特公司的工程師肖奈達發(fā)明的，費特肖奈達螺旋槳垂直地安裝在船底下部作為船的推進器。推進器圓周的葉片，在刁；同的位置上能夠改變方向，因隨著葉片的角度和回轉(zhuǎn)速度不同，其升力的大小和方向也不同，所以可以不用舵。把這種費特，肖奈達葉片上下相對可制成風(fēng)力機(如下圖)，其工作原理和旋轉(zhuǎn)渦輪式風(fēng)力機相類似。

2、風(fēng)力機的種類及特征:水平軸風(fēng)力機

（1）螺旋槳式風(fēng)力機

作為風(fēng)力發(fā)電使用最多的是螺旋槳式風(fēng)力機.常見的是雙葉片和三葉片風(fēng)力機,但也有一片或四片以上的風(fēng)力機.這種風(fēng)力機的翼形與飛機翼形相類似,為了提高起動性能,盡量減少空氣動力損失,多采用葉根強度高、葉尖強度低帶有螺旋角的結(jié)構(gòu).螺旋槳式風(fēng)力機,至少也要達到額定風(fēng)速,才能輸出額定功率,為了使風(fēng)向正對風(fēng)輪臥回轉(zhuǎn)平面,需要進行方向控制.

（2）荷蘭式風(fēng)力機

歐洲(特別是荷蘭和比利時)使用的荷蘭式風(fēng)力機.現(xiàn)有900臺左右,一部分作為游覽用在運行,大型的有直徑超過20米的機組.

（3）多翼式風(fēng)力機

多翼式風(fēng)力機在美國的中、西部的牧場大部分用來提水.19世紀來有數(shù)百萬臺.多翼式風(fēng)力機裝有20枚左右的葉片,是典型的低轉(zhuǎn)速大扭矩風(fēng)力機,目前不僅在美國使用,在墨西哥、澳大利亞、阿根廷、南美等地也有相當?shù)臄?shù)量在使用,也是多翼式的風(fēng)力機,它是美國風(fēng)力渦輪公司最近研究的自行車車輪式風(fēng)力機,48枚中空的葉片做放射狀配置,性能比過去的多翼式風(fēng)力機大有提高.用來發(fā)電的發(fā)電機用皮帶或齒圈傳動.

（4）帆翼式風(fēng)力機

布制帆翼式風(fēng)力機在地中海沿岸及島嶼有很長的歷史,大型的有直徑10米、20枚葉片的,但大多數(shù)為直徑4米、68枚葉片.絕大部分用來提水,一小部分用來磨面.下圖是美國普林斯頓大學(xué)研究的新風(fēng)力機葉片.這種葉片看起來象是木質(zhì)的整體,但實際上前緣用金屬管,后緣使用的是綱索,葉片的主體部分用帆布制成.因此,它的重量很輕,性能與剛體螺旋槳沒有什么兩樣,而且通過加在葉尖上的配重也可以控制槳距進行調(diào)速.

（5）渦輪式風(fēng)力機

輪式風(fēng)力發(fā)電機和燃氣渦輪、蒸汽渦輪一樣由靜葉片(定子)和動葉片(轉(zhuǎn)子)構(gòu)成,這種風(fēng)力機尤其適用于強風(fēng)地區(qū).下圖是日本大學(xué)粟野教授研制并在南極使用的渦輪式風(fēng)力發(fā)電裝置,它可耐南極40-50米/秒的大風(fēng)雪,制造得極其堅固并采用軸流渦輪方式以取得高效率.

（6）多風(fēng)輪式風(fēng)力機

這是美國的W.畢羅尼瑪斯提出的一種設(shè)想,他把許多風(fēng)輪安裝在一個塔架上,整個機組在海上漂浮,使用由許多風(fēng)輪組成的發(fā)電設(shè)備.這種設(shè)備,因為設(shè)置在海上,所以把發(fā)出的電力用于電解海水,貯存氫氣和氧氣.不過這種風(fēng)力機目前還處于設(shè)想階段.

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