01 什么是風(fēng)力發(fā)電？
定義：風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，機(jī)械功帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，最終輸出交流電的電力設(shè)備。風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般有風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)(包括裝置)、調(diào)向器(尾翼)、塔架、限速安全機(jī)構(gòu)和儲(chǔ)能裝置等構(gòu)件組成。
歷史：人們利用風(fēng)能的歷史有3000多年，1891年,丹麥人PoulLaCour第一個(gè)制造了用來發(fā)電的風(fēng)車。1941-42丹麥的F.L.Smidth公司建造的風(fēng)車可以看成世界現(xiàn)代風(fēng)車的前身。
02 風(fēng)力發(fā)電原理
原理：風(fēng)力發(fā)電的原理是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的電力設(shè)備。廣義地說，它是一種以太陽為熱源，以大氣為工作介質(zhì)的熱能利用發(fā)動(dòng)機(jī)。是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。
巨大葉片轉(zhuǎn)動(dòng)并不是靠風(fēng)推，而是靠升力像飛機(jī)翅膀一樣
風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片從地面看上去給人的感覺較小，但實(shí)際上這些葉片很大。普通的風(fēng)電葉片都有40多米長，而目前最大的風(fēng)電葉片長度已經(jīng)超過100米，遠(yuǎn)超過大型客機(jī)的機(jī)翼長度。那么風(fēng)是如何帶動(dòng)如此巨大的葉片旋轉(zhuǎn)的呢？
其實(shí)，風(fēng)并非“推”動(dòng)風(fēng)輪葉片，而是由于葉片橫截面的形狀上下不對(duì)稱，風(fēng)在通過葉片上方的時(shí)候流速大,通過下方的時(shí)候流速小。這就會(huì)導(dǎo)致葉片上方的壓強(qiáng)小,下方的壓強(qiáng)大，形成葉片上下面的壓差，這種壓差會(huì)產(chǎn)生升力，令風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)。
風(fēng)力發(fā)電的輸出
風(fēng)力發(fā)電機(jī)因風(fēng)量不穩(wěn)定，故其輸出的是 13～25V 變化的交流電，須經(jīng)充電器整流，再對(duì) 蓄電瓶充電， 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)電路的逆變電源， 把電瓶 里的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成交流 220V 市電，才能保證穩(wěn)定使用。
03 風(fēng)機(jī)的機(jī)構(gòu)
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是由風(fēng)輪、傳動(dòng)系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、控制與安全系統(tǒng)、機(jī)艙、塔架和基礎(chǔ)等組成。
（1）葉片：葉片是吸收風(fēng)能的單元，用于將空氣的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能。
（2）變漿系統(tǒng)：變漿系統(tǒng)通過改變?nèi)~片的槳距角，使葉片在不同風(fēng)速時(shí)處于最佳的吸收風(fēng)能的狀態(tài)，當(dāng)風(fēng)速超過切出風(fēng)速時(shí)，使葉片順槳?jiǎng)x車。
（3）齒輪箱：齒輪箱是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)，并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。
（4）發(fā)電機(jī)：發(fā)電機(jī)是將葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能的部件。轉(zhuǎn)子與變頻器連接，可向轉(zhuǎn)子回路提供可調(diào)頻率的電壓，輸出轉(zhuǎn)速可以在同步轉(zhuǎn)速±30%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
（5）偏航系統(tǒng)：偏航系統(tǒng)采用主動(dòng)對(duì)風(fēng)齒輪驅(qū)動(dòng)形式，與控制系統(tǒng)相配合，使葉輪始終處于迎風(fēng)狀態(tài)，充分利用風(fēng)能，提高發(fā)電效率。同時(shí)提供必要的鎖緊力矩，以保障機(jī)組安全運(yùn)行。
（6）輪轂系統(tǒng)：輪轂的作用是將葉片固定在一起，并且承受葉片上傳遞的各種載荷，然后傳遞到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸上。輪轂結(jié)構(gòu)是3個(gè)放射形喇叭口擬合在一起的。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理是通過風(fēng)力推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，再通過傳動(dòng)系統(tǒng)增速來達(dá)到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速后來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，有效的將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能。
04 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類及其特點(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)較簡單，葉輪不必隨風(fēng)向改變而調(diào)整方向。
2. 根據(jù)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(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。
3. 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)吸收無功功率。
“變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組”――氣動(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?，F(xiàn)常用于大容量的主力機(jī)型。
4. 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”
異步發(fā)電機(jī)按其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同又可分為：
（1）籠型異步發(fā)電機(jī)――轉(zhuǎn)子為籠型。由于結(jié)構(gòu)簡單可靠、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；
（2）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)過變頻器控制向電網(wǎng)輸送有功或無功功率。
同步發(fā)電機(jī)型按其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的磁極的類型又可分為：
（1）電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)――轉(zhuǎn)子為線繞凸極式磁極，由外接直流電流激磁來產(chǎn)生磁場。
（2）永磁同步發(fā)電機(jī)――轉(zhuǎn)子為鐵氧體材料制造的永磁體磁極，通常為低速多極式，不用外界激磁，簡化了發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)，因而具有多種優(yōu)勢(shì)。
5. 如根據(jù)風(fēng)機(jī)的額定功率化分，一般可分為：
微型機(jī)：10 kW以下
小型機(jī)：10 kW至100 kW
中型機(jī)：100 kW 至1000 kW
大型機(jī)：1000 kW 以上（MW級(jí)風(fēng)機(jī)）
05 什么是風(fēng)力發(fā)電場？
風(fēng)力發(fā)電場（簡稱風(fēng)電場），是將多臺(tái)大型并網(wǎng)式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在風(fēng)能資源好的場地，按照地形和主風(fēng)向排成陣列，組成機(jī)群向電網(wǎng)供電。風(fēng)力發(fā)電機(jī)就像種莊稼一樣排列在地面上，故形象地稱為“風(fēng)力田”。風(fēng)力發(fā)電場于 20 世紀(jì) 80 年代初在美國的加利福尼亞州興起，現(xiàn)在被全世界大力發(fā)展風(fēng)電的各個(gè)國家廣泛采用。
風(fēng)電場的風(fēng)力發(fā)電機(jī)相互之間需要有足夠的距離，以免造成過強(qiáng)的湍流相互影響，或由于"尾流效應(yīng)"而嚴(yán)重減低后排風(fēng)電機(jī)的功率輸出。為了配合運(yùn)送大型設(shè)備（特別是葉片）到安裝現(xiàn)場，須要建設(shè)道路。另外亦須要建設(shè)輸電線，把風(fēng)電場的輸出連接到電網(wǎng)接入點(diǎn)。
06 風(fēng)電場的組成以及風(fēng)電場的建造要求
風(fēng)電場組成包含：
風(fēng)電機(jī)群集電部分升壓變電站(陸上可能多于一級(jí)升壓，海上可能有集控中心)升壓變壓器無功補(bǔ)償裝置（電容器、電抗器、靜止無功補(bǔ)償裝置、濾波器）風(fēng)電場管理系統(tǒng)
風(fēng)電場的建造要求：
風(fēng)能質(zhì)量要高。
風(fēng)力發(fā)電場的場址的首要條件必須風(fēng)能資源豐富。年平均風(fēng)速在5m/s以上，30m高處的有效風(fēng)力時(shí)數(shù)在6000h以上，有效風(fēng)能密度在240w/m^2以上時(shí)才適合建設(shè)大型風(fēng)電場。其實(shí)，影響風(fēng)能質(zhì)量的因素有年平均風(fēng)速、平均風(fēng)功率密度、風(fēng)頻分布、有效風(fēng)速可利用小時(shí)數(shù)、風(fēng)向穩(wěn)定度等。
風(fēng)力發(fā)電場的場址盛行風(fēng)向穩(wěn)定。風(fēng)向穩(wěn)定不僅可以增大風(fēng)能利用率，還可以延長風(fēng)機(jī)壽命。
風(fēng)力發(fā)電場湍流程度要小。風(fēng)是隨機(jī)的，并受場地表面粗糙度和附近障礙物的影響。風(fēng)場湍流的形成一般是由于風(fēng)道過于粗糙、或者因障礙物而產(chǎn)生的風(fēng)速及風(fēng)向的急劇變化而引起的。它不僅會(huì)影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)的出力，還會(huì)使風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)和受載不均，降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)使用壽命，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成槳葉飛出的事故。
風(fēng)力發(fā)電場址的自然災(zāi)害要少。強(qiáng)風(fēng)、冰雹、雷暴、地震等都會(huì)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)等造成影響。社會(huì)自然條件、風(fēng)力發(fā)電場址的地勢(shì)要較平坦，地質(zhì)條件要好，以便進(jìn)行土建施工。
交通便利。要考慮擬建風(fēng)電場的設(shè)備供應(yīng)和主要建筑材料運(yùn)輸是否便利。是否利于大型吊車、平板車的施工、運(yùn)輸?shù)取?/p>
風(fēng)電場應(yīng)盡可能接近電網(wǎng)接入點(diǎn)。如:靠近現(xiàn)有的10KV和66KV變電所和線路，以減少電能損耗和送出工程的費(fèi)用。盡量少占耕地，減少生態(tài)破壞。
周圍環(huán)境。風(fēng)電場的建設(shè)一般會(huì)對(duì)飛禽及鳥類正常生活和遷徙有影響，為保護(hù)生態(tài)，場址應(yīng)盡量避開鳥類飛行路線、候鳥及動(dòng)物棲息地等，遠(yuǎn)離自然保護(hù)區(qū)、軍事設(shè)施、人口密集地區(qū)等。海上風(fēng)電選址要求：根據(jù)國家能源局和國家海洋局聯(lián)合印發(fā)的《海上風(fēng)電開發(fā)建設(shè)管理暫行辦法實(shí)施細(xì)則》進(jìn)行實(shí)施。例如：海上風(fēng)電場原則上應(yīng)在離岸距離不少于10公里、灘涂寬度超過10公里時(shí)海域水深不得少于10米的海域布局。在各種海洋自然保護(hù)區(qū)、海洋特別保護(hù)區(qū)、重要漁業(yè)水域、典型海洋生態(tài)系統(tǒng)、河口、海灣、自然歷史遺跡保護(hù)區(qū)等敏感海域，不得規(guī)劃布局海上風(fēng)電場等。
07 發(fā)展風(fēng)力發(fā)電具有什么優(yōu)缺點(diǎn)？
優(yōu)點(diǎn)：
清潔，環(huán)境效益好可再生，永不枯竭基建周期短裝機(jī)規(guī)模靈活
風(fēng)能永遠(yuǎn)不會(huì)枯竭，利用風(fēng)能發(fā)電可以減少環(huán)境污染，降低碳排量，符合我們國家現(xiàn)行的低碳生活的理念，而且風(fēng)電裝機(jī)靈活，建造周期也短，不需要一次性投入建造完成，可以分批次，分周期建造，也利于風(fēng)電企業(yè)更好的發(fā)展。
缺點(diǎn)：
噪聲，視覺污染占用大片土地不穩(wěn)定，不可控成本仍然很高影響鳥類
風(fēng)電場的建造需要大量的土地，并且一旦風(fēng)電場建造完畢，這些土地就不可挪作他用，在一些土地匱乏的地方無疑是一種變相的浪費(fèi)。而且風(fēng)電場風(fēng)機(jī)數(shù)量多，一些在山區(qū)，草原建造的風(fēng)電場會(huì)對(duì)鳥類造成傷害，對(duì)生態(tài)有一定的影響。
08 為什么說風(fēng)能是一種綠色能源？
風(fēng)能是一種干凈的自然能源，沒有常規(guī)能源（如煤電，油電）與核電會(huì)造成環(huán)境污染的問題。平均每裝一臺(tái)單機(jī)容量為1兆瓦的風(fēng)能發(fā)電機(jī)，每年可以減排2000噸二氧化碳（相當(dāng)于種植1平方英里的樹木）、10噸二氧化硫、6噸二氧化氮。風(fēng)能產(chǎn)生1兆瓦小時(shí)的電量可以減少0.8到0.9噸的溫室氣體，相當(dāng)于煤或礦物燃料一年產(chǎn)生的氣體量。而且風(fēng)機(jī)不會(huì)危害鳥類和其它野生動(dòng)物。
在常規(guī)能源告急和全球生態(tài)環(huán)境惡化的雙重壓力下，風(fēng)能作為一種高效清潔的新能源有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
09 風(fēng)電會(huì)致死更多鳥類？
全球變暖對(duì)鳥類存在致命影響。《科學(xué)》期刊上的一項(xiàng)研究指出，受氣候變化、棲息地減少等主要原因影響，自1970年來，北美洲鳥類數(shù)量減少了約29%，相當(dāng)于近30億只。
在過去100年中，美國莫哈韋沙漠的溫度上升了大約2℃，氣候變暖讓鳥類的種群豐富性急劇衰減。英國《皇家學(xué)會(huì)生物學(xué)分會(huì)學(xué)報(bào)》論文稱，氣候變化正在影響鳥類免疫系統(tǒng)，致使鳥類出現(xiàn)新的疾病。
風(fēng)電通過取代化石燃料減緩氣候變化，可以大大改善鳥類的生存環(huán)境，進(jìn)而降低全球鳥類的死亡率。依據(jù)國際可再生能源署（IRENA）和國際能源署（IEA）的情境分析，全球每年至少需要新增180GW風(fēng)電裝機(jī)，才能實(shí)現(xiàn)將溫升控制在相對(duì)于工業(yè)化前水平2℃以內(nèi)。
事實(shí)上，風(fēng)電不會(huì)對(duì)鳥類種群構(gòu)成威脅，其利遠(yuǎn)大于弊。根據(jù)美國魚類和野生動(dòng)物服務(wù)局統(tǒng)計(jì)，按原因分類的北美年度鳥類死亡率由高到低排序分別是：家貓（24億只），建筑玻璃（5.99億只），汽車碰撞（2.15億只），電力線碰撞（2550萬只），通訊塔（660萬），油坑（75萬）和風(fēng)力發(fā)電機(jī)（234,000）。計(jì)算可知，真正因風(fēng)電導(dǎo)致鳥類死亡的數(shù)量只有全部的0.007%。
當(dāng)前，風(fēng)電行業(yè)也正在通過高精度光學(xué)技術(shù)與人工智能結(jié)合探測(cè)鳥類活動(dòng)、改變機(jī)組葉片顏色等方式，致力于進(jìn)一步降低鳥類死亡率。
10 海上風(fēng)電具有什么優(yōu)勢(shì)
★ 海上風(fēng)資源較陸上更好，離岸10千米的海上風(fēng)速通常比沿岸高20%，同時(shí)海上很少有靜風(fēng)期
★ 海上風(fēng)電不占用寶貴的土地資源，不擾民
★ 海上風(fēng)電單機(jī)裝機(jī)容量更大，掃風(fēng)面積更大，風(fēng)資源利用更充分
★ 沿海地區(qū)電力需求量大，有助加速沿海地區(qū)的能源轉(zhuǎn)型
11 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)一圈能發(fā)幾度電
目前主流風(fēng)機(jī)的單機(jī)容量從1.5兆瓦到10兆瓦不等，未來可能會(huì)更大，相對(duì)來說小容量的都在陸地上，大容量的都在海里。當(dāng)然，容量越大，同等情況下發(fā)電越多。
以2兆瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為例：葉片長50-60米左右，以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，轉(zhuǎn)動(dòng)一圈約4秒鐘，葉尖速度可達(dá)280多公里/時(shí)，堪比高鐵速度，葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈約發(fā)2.2度電。
12 一度電能做什么
一度電
可以讓25瓦的臺(tái)燈點(diǎn)亮40小時(shí)
讓手機(jī)充電100多次
讓吸塵器把房間打掃5遍
讓150瓦的洗衣機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)近7小時(shí)
讓66瓦的冰箱運(yùn)轉(zhuǎn)15小時(shí)
可供一臺(tái)普通電扇運(yùn)行15個(gè)小時(shí)
可供一臺(tái)普通空調(diào)運(yùn)行1.5小時(shí)
可以使電動(dòng)自行車跑80公里
可以生產(chǎn)15瓶啤酒
13 影響風(fēng)電發(fā)展的因素及風(fēng)電未來的發(fā)展
（1）國家能源局指出，在棄風(fēng)率高于20%的地區(qū)，將不再安排新的風(fēng)電建設(shè)規(guī)模。這一舉措導(dǎo)致新疆、甘肅地區(qū)近幾年已暫停風(fēng)電建設(shè)。同時(shí)，國家能源局在2016年推行了風(fēng)電投資監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制，預(yù)警顏色按紅、橙、 藍(lán)三色表示，紅色區(qū)域即為暫停風(fēng)電開發(fā)建設(shè)的區(qū)域。2019年，甘肅、新疆均為紅色預(yù)警區(qū)。
（2）由于陸上風(fēng)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)被改為指導(dǎo)價(jià)，新核準(zhǔn)的集中式陸上風(fēng)電項(xiàng)目上網(wǎng)電價(jià)全部通過競價(jià)的方式確定，且不得高于項(xiàng)目所在風(fēng)能資源區(qū)的指導(dǎo)價(jià)。平價(jià)上網(wǎng)政策的推行與國家補(bǔ)貼政策的取消，使得新開發(fā)的風(fēng)電場面臨新的技術(shù)考驗(yàn)與開發(fā)難度進(jìn)一步加大。
（3）西北地區(qū)的電力消納能力有限，且風(fēng)電分布比較集中，對(duì)外輸送有賴于特高壓、超高壓輸電線路建設(shè)。西北地區(qū)每年風(fēng)電的棄風(fēng)率較高，影響到風(fēng)電裝機(jī)容量的增長。
（4）海上風(fēng)能資源稟賦優(yōu)越，近幾年以及未來將成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)。這使得深居內(nèi)陸的西北地區(qū)的風(fēng)電裝機(jī)在全國的占比逐漸減小。
（5）土地管理制度實(shí)施以后，受到耕地紅線不能動(dòng)、林地不能建等限制，西北地區(qū)可開發(fā)的風(fēng)能資源進(jìn)一步減少。
未來風(fēng)電將會(huì)占比越來越大：十四五又有許多新的風(fēng)電基地開始興建，例如晉能集團(tuán)的簽約的新疆300萬千瓦風(fēng)、光項(xiàng)目、內(nèi)蒙古杭錦旗的風(fēng)電項(xiàng)目。后期隨著這些項(xiàng)目不斷的落地，風(fēng)電的成本也在不斷降低，風(fēng)電也將進(jìn)一步得到發(fā)展。
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