（山东农业大学机电学院电气工程及其自动化系 山东泰安 271018）
摘要：风能是取之不尽、用之不竭、洁净无污染的可再生能源。风力发电是目前成本最接近常规电力、发展前景最大的可再生能源发电。风力发电作为一种清洁的可再生能源的发电方式，已经越来越受到世界各国人民的欢迎和重视。同时，风力发电又是新能源发电技术中最成熟和最具规模开发条件的发电方式之一。本文重点介绍了我国的风能资源情况和目前的发展状况，介绍风能发电的基本原理、风力发电机的工作原理、运行方式；在国家已有风力发电的能力和潜力基础上，分析了风力发电产业的发展状况和趋势，展望了中国风力发电事业的前景。
关键词：风力发电； 风力发电原理； 国内发展情况； 发展前景；
1 风力发电的原理
目前，在我国得到广泛使用的风力发电机主要是水平轴式风力发电机，水平轴式风力发电机是目前技术最成熟、生产量最多的一种形式。它由叶轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件所组成。
从大的结构划分来说，风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成，空气流动的动能作用在叶轮上，将动能转换成机械能从而推动叶轮旋转。这样就通过叶轮将风能转换为机械能，低速转动的叶轮通过传动系统由增速齿轮箱增速，将动力传递给发电机，然后由高速转动的机械能经过电机转变成电能。在这里齿轮箱可以将很低的叶轮转速（600千瓦的风机通常为27转/分）变为很高的发电机转速（通常为1500转/分）。同时也使得发电机易于控制，实现稳定的频率和电压输出。
整个机舱由高大的塔架举起，由于风向经常变化，为了有效地利用风能，还安装有迎风装置，它根据风向传感器测得的风向信号，由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮啮合的小齿轮转动，使机舱始终对风（注：一般600千瓦的风机机舱总重20多吨），所以偏航系统的作用就是可以使叶轮扫掠面积总是垂直于主风向。由于风方向的不定，所以风轮必须时刻正对风的方向，而大型的风轮是不能由人力来控制其转向的，进而在风力发电机的机舱转盘底座上安装了调向机构，以便可以随时根据需要调整风轮的转向，使发电机可以正常的工作，为人们提供能量。对于调向系统而言，其必须具有自动解缆和扭缆的保护装置，以便可以更好地工作，不致在工作中出现问题。
同时由于风有大小之分，并且风轮的直径比较大，所以在运行时，风轮的转速是比较低的。为了使其满足发电机的转速要求，技术人员便在低速的风轮轴和高速的发电机轴之间安装了增速器，增速器的功能在于使转速可以达到额定转速，这样发电机才可以正常的工作。需要注意的是并不是风速越大越好，而是要将风速控制在许可的范围内，这样风力发电机才可以正常发电。所以风电场都是具有测风装置的，其装置主要是风速仪，同时每个风力发电机还必须具备一套完整的调速装置，其作用在于当风速过大的时候，可以在一定程度上降低风速使发电机可以正常的工作，而不致于被破坏。
2 我国风力发电现状：
我国对风能资源的观测研究工作始于20世纪70年代，中国气象局先后于20世纪70年代末和80年代末进行了两次全国风能资源的调查，利用全国900多个气象台站的实测资料给出了全国离地面10m高度层上的风能资源量。据资料介绍，当时我国的风能资源总储量为32.26亿kW，陆地实际可开发量为2.53亿kW，近海可开发和利用的风能储量有7.5亿kW。根据中国气象局于2004～2006年组织完成的最新的第三次全国风能资源调查，利用全国2000多个气象台站近30年的观测资料，对原有的计算结果进行修正和重新计算，调查结果表明：我国可开发风能总储量约有43.5亿kW，其中可开发和利用的陆地上风能储量有6～10亿kW，近海风能储量有1～2亿kW，共计约7～12亿kW。
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毫无疑问，中国风能等可再生能源的利用受到一系列因素的限制，其中包括资金和技术资源供应的不足、政策的不相配套等。和常规资源相比，它会缺乏竞争力。但从可持续发展的目的出发，从中央到地方的各级政府已对这些资源的开发给予了关注。目前，我国国产化机组产量仍然偏小，远未达到规模效益，使得零部件采购价格偏高，利润空间很小。因此，我国的风力发电装备市场至今仍由国外风力发电机组占据。这一现实要求我国的风力发电设备制造企业应加快适合中国国情的新型风力发电装备的研制进度。尽快提高大型风力发电装备的设计和制造技术，加大风力发电装备国产化进程。还应注意稳定产品质量，提高国产机组可靠性，以取得风电场建设者的认可，逐步加大市场份额。
3 风力发电的潜力
长期以来，由于风电电价高于火电电价，作为清洁能源的风电对于解决能源短缺和环境保护问题的意义长期得不到应有的重视。事实上，风电作为一项高新技术，具有着巨大的产业前景。而它作为新兴能源，更对促进边远地区经济发展有着巨大的作用。在电力紧张、能源紧缺的情况接踵而至的今天，我国应该重新认识风能的利用问题。
首先，风力发电的潜力体现为风电电价的快速下降。截止到目前，风电电价正在快速下降，甚至已日趋接近燃煤发电的成本，经济效益开始凸现。数据显示，风力发电能力每增加一倍，其成本就下降15％。纵观近几年，风电增长一直保持在30％以上，因而成本也正随之不断下降。目前，中国风电成本约在0.5元以上，随着中国风力发电装机的国产化和发电的规模化，风电成本可望再降。此外，风电外部成本几乎为零，甚至低于核电成本。此外，风电技术正日臻成熟。随着科学技术的发展，风电技术已经相当成熟。更大型、性能更好的机组的已开发并投人生产试运行，可利用的风速要求还会降低。
再者，风电工程的建设工期短，见效快。火电、水电的建设工期需要用年来计算，而在有风场数据的前提下，风电项目只需要以周、月来计算。风场建设在短时间内即可完成，能够解决我国电力短缺的燃眉之急。 另外，风电的发展对于遏制温室效应具有重大的意义。据统计，风力发电每生产100万千瓦时的电量，便能减少600吨二氧化碳的排放。因此，大力发展风能可以大幅度削减造成温室效应的二氧化碳，缓解气候变暖。的状况，并能有效地遏制沙尘暴灾害，抑制荒漠化的发展。除此之外，风电还可以满足边远农村的独立供电。目前，“大机组、大电网、高电压”的模式难以有效解决西部地区分散性的电力需求。开发风力发电这样的分散供电系统，可以较好地满足这些地区发展对能源的要求，可以说，我国目前没有联上电网的农村是风力发电的巨大市场
最后，风场也成旅游项目。风电场还能带动当地经济发展。内蒙古风电场就是很好的例子。它虽然不大，但场面很壮观，已发展成为旅游区。
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论文作者:刘祥港,胡红新,郑文强,张华正
论文发表刊物:《电力设备》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/22
标签：风能论文; 风力发电论文; 风电论文; 叶轮论文; 发电机论文; 风轮论文; 齿轮箱论文; 《电力设备》2017年第26期论文;