風(fēng)力發(fā)電機(jī)的分類及各自特點(diǎn)總結(jié)

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風(fēng)力發(fā)電機(jī)的分類及各自特點(diǎn)總結(jié)

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

風(fēng)力機(jī)部分——它將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；

發(fā)電機(jī)部分——它將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。

根據(jù)風(fēng)機(jī)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(jī)組可以有多種多樣的分類。

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

“水平軸式風(fēng)機(jī)”——轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)”——轉(zhuǎn)動(dòng)軸與地面垂直，設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)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(jī)”或“阻力型風(fēng)機(jī)”。

(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(jī)；葉片的數(shù)目由很多因素決定，其中包括空氣動(dòng)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(jī)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(jī)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(huì)相互作用而降低系統(tǒng)效率。目前3葉片風(fēng)電機(jī)是主流。從美學(xué)角度上看，3葉片的風(fēng)電機(jī)看上去較為平衡和美觀。

(4)按照風(fēng)機(jī)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(jī)一般需要有某種調(diào)向裝置來(lái)保持葉輪迎風(fēng)。

而下風(fēng)向風(fēng)機(jī)則能夠自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向,從而免除了調(diào)向裝置。但對(duì)于下風(fēng)向風(fēng)機(jī),由于一部分空氣通過(guò)塔架后再吹向葉輪,這樣,塔架就干擾了流過(guò)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(jī)械連接方式的不同，可分為“有齒輪箱型風(fēng)機(jī)”和無(wú)齒輪箱的“直驅(qū)型風(fēng)機(jī)”。

有齒輪箱型風(fēng)機(jī)的槳葉通過(guò)齒輪箱及其高速軸及萬(wàn)能彈性聯(lián)軸節(jié)將轉(zhuǎn)矩傳遞到發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)軸,聯(lián)軸節(jié)具有很好的吸收阻尼和震動(dòng)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(jī)械裝置的過(guò)載。

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而直驅(qū)型風(fēng)機(jī)則另辟蹊徑，配合采用了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，槳葉的轉(zhuǎn)矩可以不通過(guò)齒輪箱增速而直接傳遞到發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)軸，使風(fēng)機(jī)發(fā)出的電能同樣能并網(wǎng)輸出。這樣的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了裝置的結(jié)構(gòu)，減少了故障幾率，優(yōu)點(diǎn)很多，現(xiàn)多用于大型機(jī)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(jī)組”——槳葉與輪轂的連接是固定的。當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，槳葉的迎風(fēng)角度不能隨之變化。由于定槳距（失速型）機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠，在20年來(lái)的風(fēng)能開發(fā)利用中一直占據(jù)主導(dǎo)地位。

“變槳距機(jī)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(jī)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(jī)組”——設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠，造價(jià)低，維護(hù)量少，直接并網(wǎng)；缺點(diǎn)是：氣動(dòng)效率低，結(jié)構(gòu)載荷高，給電網(wǎng)造成電網(wǎng)波動(dòng)，從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率。

“變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組”——?dú)鈩?dòng)效率高，機(jī)械應(yīng)力小，功率波動(dòng)小，成本效率高，支撐結(jié)構(gòu)輕。缺點(diǎn)是：功率對(duì)電壓降敏感，電氣設(shè)備的價(jià)格較高，維護(hù)量大。現(xiàn)常用于大容量的主力機(jī)型。

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

“異步發(fā)電機(jī)型”“同步發(fā)電機(jī)型”

只要選用適當(dāng)?shù)淖兞餮b置，它們都可以用于變速運(yùn)行風(fēng)機(jī)。

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

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

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

擴(kuò)展閱讀：風(fēng)力發(fā)電機(jī)的分類總結(jié)

一、首先，風(fēng)力發(fā)電機(jī)分類有許多種。

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

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

②按葉片工作原理，分為升力型風(fēng)力機(jī)和阻力型風(fēng)力機(jī)。

③按風(fēng)力機(jī)的用途分類，有風(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。

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

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

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)。

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(jī)。

二、又因?yàn)槿~片工作原理不同，水平軸和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)又可細(xì)分為：升力型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，阻力型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)；升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，阻力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

以下就是各種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的種類和特征概述：

1、風(fēng)力機(jī)的種類及特征：垂直軸風(fēng)力機(jī)

(1)槳葉式風(fēng)力機(jī)槳葉式風(fēng)力機(jī)是一種阻力型風(fēng)力機(jī)，因它的葉片形狀而得名。這種風(fēng)力機(jī)的關(guān)鍵集中在如何減少逆風(fēng)方向葉片的阻力，對(duì)此有許多設(shè)計(jì)方案。使用遮風(fēng)板的，也有改變迎風(fēng)角的，不過(guò)槳葉式風(fēng)力機(jī)的效率很低，除了在日本局部地區(qū)曾經(jīng)使用過(guò)外，實(shí)際上幾乎沒(méi)有制造和使用的實(shí)例。一般來(lái)說(shuō)，這種風(fēng)力機(jī)歸類為垂直軸型，但是也有把它設(shè)計(jì)成水平軸的。

(2)薩布紐斯式風(fēng)力機(jī)薩布紐斯式風(fēng)力機(jī)是20年代發(fā)明的垂直軸風(fēng)力機(jī)，它以發(fā)明者薩布紐斯的名字命名(我國(guó)有時(shí)稱它為S型風(fēng)力機(jī))。這種風(fēng)力機(jī)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(jī)往往上下重疊多層。效率最大不超過(guò)10％，能產(chǎn)生很大的扭矩。在發(fā)展中國(guó)家有人用它來(lái)提水、發(fā)電等。是一種傳統(tǒng)的阻力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

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

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

(5)弗來(lái)納式風(fēng)力機(jī)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(gè)效應(yīng)的發(fā)電裝置叫弗來(lái)納式風(fēng)力發(fā)電裝置。在大的圓形軌道上移動(dòng)的小車上裝上回轉(zhuǎn)的圓筒，由風(fēng)力驅(qū)動(dòng)小車，用裝在小車軸上的發(fā)電機(jī)發(fā)電。這種裝置，是1931年由美國(guó)的J馬達(dá)拉斯發(fā)明的，并實(shí)際制造了重15噸、高27米的巨大模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)情況不清，但時(shí)間很短便中止了。現(xiàn)在弗來(lái)納式風(fēng)力機(jī)裝置又受到重視，美國(guó)的笛頓大學(xué)在重新進(jìn)行開發(fā)和試驗(yàn)。

(6)費(fèi)特肖奈達(dá)式風(fēng)力機(jī)這種風(fēng)力機(jī)是由德國(guó)費(fèi)特公司的工程師肖奈達(dá)發(fā)明的，費(fèi)特肖奈達(dá)螺旋槳垂直地安裝在船底下部作為船的推進(jìn)器。推進(jìn)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(fèi)特，肖奈達(dá)葉片上下相對(duì)可制成風(fēng)力機(jī)(如下圖)，其工作原理和旋轉(zhuǎn)渦輪式風(fēng)力機(jī)相類似。

2、風(fēng)力機(jī)的種類及特征:水平軸風(fēng)力機(jī)

（1）螺旋槳式風(fēng)力機(jī)

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

（2）荷蘭式風(fēng)力機(jī)

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

（3）多翼式風(fēng)力機(jī)

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

（4）帆翼式風(fēng)力機(jī)

布制帆翼式風(fēng)力機(jī)在地中海沿岸及島嶼有很長(zhǎng)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(lái)提水,一小部分用來(lái)磨面.下圖是美國(guó)普林斯頓大學(xué)研究的新風(fēng)力機(jī)葉片.這種葉片看起來(lái)象是木質(zhì)的整體,但實(shí)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(méi)有什么兩樣,而且通過(guò)加在葉尖上的配重也可以控制槳距進(jìn)行調(diào)速.

（5）渦輪式風(fēng)力機(jī)

輪式風(fēng)力發(fā)電機(jī)和燃?xì)鉁u輪、蒸汽渦輪一樣由靜葉片(定子)和動(dòng)葉片(轉(zhuǎn)子)構(gòu)成,這種風(fēng)力機(jī)尤其適用于強(qiáng)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(jiān)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(jī)

這是美國(guó)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(gè)塔架上,整個(gè)機(jī)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?yàn)樵O(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(guò)這種風(fēng)力機(jī)目前還處于設(shè)想階段.

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