论风力发电及风力机械特性

论风力发电及风力机械特性

郭海涛

黑龙江中宇方正风力发电有限公司

150822

摘要：随着世界经济的飞速增长，我们对于能源的需求也在日益增加。作为一个人口多、工业大的发展中国家，能源需求与能源短缺的矛盾变得越来越严重，同时，石油市场的竞争也变得越来越激烈，况且石油还是一种不可再生资源，石油价格在这种能源紧缺的情况下也在不断升高。我国为保障我国石油供应安全付出了非常高昂的代价。为克服能源供应短缺的情况，我国正在逐步加大对可再生能源的研究与发展，也受到了我国相关部门的高度重视。可再生能源在能源消费中的份额也在不断增加。其中，风能是一种新型能源，也是清洁能源的重要组成部分之一，具有巨大的发展潜力，并且风能是完美的再生资源，对于风能的开发关系到我们国家能源环境的未来。。本文简要讨论了风电场发展历程和风力发电机的特点，旨在实现对风电机的精确控制，研究如有科学有效的提高风资源的利用率。

关键词：风能；风力发电；机械结构，发展；应用

引言：近年来，传统化石能源供应日益紧缺，传统化石能源造成的环境污染问题日益严重。在这种情况下，开发和使用新能源的研究与工作就变得非常重要了。风能作为一种高效、清洁的能源，无疑已成为开发利用的重要对象。

风能作为一种可再生能源，与热能和核能相比，它清洁且不污染环境，风能不会出现污染排放的情况。在我国经济发展的十多年中，许多能源使用错误和效率低下以及环境破坏已经发生。全世界已经频繁出现自然灾害、雾霾、沙尘暴等常见直接的例子。从地理上看，我国处于亚热带。全年大部分时间为季风气候，有着大风的特点。此外，我国有很大的崎岖丘陵和广阔的平原。这可以使许多风力发电机用于大规模风力发电。在风力能源利用方面，一方面风能干净无污染，在使用过程中不会对环境造成污染，另一方面，我国的地势非常适合风力发电的工作，所以我国开始大力支持风电建设。

1 风能发展的历程。

风能资源利用的想法诞生于一九三零年代，许多国家已经有着一些应用经验。

例如利用转子技术研制成功的小型发电机，在迎风岛和偏远村庄等强风环境被广泛应用。电力生产的成本远低于热能生产的成本。在接下来的几十年来，科学家们一直在努力制造效率更高的风力发电机。到一九七八年年，美国所研制的风力发电机的电能生产量足以达到两百千瓦。风能产生的基本原理是将风的动能转化为机械能的情况下，再将机械能转换成电能。风力发电机叶片通过风力进行旋转，并将接收到的风能转化为发电机发电的动能。根据其目的迄今为止可用的最先进的风力发电技术的传输速度为每秒三米。西方仍然主导着风能技术的主要科研技术。这是因为许多西方国家风能在总发电量中的份额占比非常大。目前，在我国建设一个全国性的电网还是有着一定难度的。在成本方面，每秒四米的风速有利于风力发电。由于我国较为特殊的地理位置，我国风能资源十分丰富。在我国的大多数地方，风速可以达到每秒三米。东北，西北和西南高原是一年三分之一时间都有着强风的地区。在这些地区的风能发展前景是非常广阔的。

2 风力发电在我国现状

风能发电由于其高效清洁能源的独特优势，在我国的能源领域越来越受欢迎。

以每年百分之二十的速度不断扩展。能源短缺问题不仅在中国发生，这是在全世界都出现的普遍问题，世界上每个国家都在优先考虑风能生产。对风能产业投入大量技术人员、硬件、金钱等，风能发电领域的规模正在不断扩大。 九十年代，我国开始建设风电场。虽然装机容量的增长经历了初期示范阶段和产业化建设阶段两个阶段，虽然发展缓慢但整体问稳定。自二零零三年起，风力发电被列入国家发改委风能特许项目后，我国风电场建设进入国产化、规模化阶段，装机规模快速增长。特别是二零零九年以来，我国装机容量连续四年翻番。以井喷式增长。经过多年的发展，我国已成为全球风电场增长最快、规模最大的电力市场。截至二零一七年，全球风能总装机容量达到近五百万兆瓦。复合增长率达到百分之二十二点二五。同期，中国风电新增装机容量为两万两千二百三十八兆瓦，占全球新增装机容量的百分之四十二点七，居世界首位。

3 风力发电系统的配置。

风力发电的原理其实并不复杂，结构也非常清晰。风力发电机叶轮由自然风所驱动，通过旋转运动将风能转化为机械能。步进驱动器带动发电机的转轴转动机械能。再将机械能转换成电能，功率和参数就会通过一系列的整流器数字化转型进国家的电网中。使用蓄电性的小型发电电池设施储存电能并将其直接转化为能量。电流源直接为直流设备供电或通过逆变器进行转换。为电能设施提供所需要的交流电。

4 风速学以及风力机械的特点。

风速模型，自然风电波动复杂，训练模型并将组件放置在平均风上。自然风是随机变化，无法预估的，应该基于平均风速进行研究。尖速比，通过测量风力涡轮机速度的参数，计算叶片的恒定圆周速度与风速的比值。根据相关的理论，风力发电机根据风能产生的能量是有一定阈值的，能量转换会降低风速。在空气质量、密度、转子半径和风速为固定值时，内部风轮捕获的能量与风能利用系数成正比。在风速恒定的情况下，通过改变风力涡轮机的转速产生风能这种做法会使所获得的能量产生一定的变化。先前的研究表明，转速会影响能量和对风的捕获效率以及输出功率等特性。风能需要恒定的扭矩来克服内部扭矩和外部阻力。启动转矩取决于发电机的内阻尺寸。因此，启动发电机所需要的最小自然风能不符合最低标准，就无法使风力发电机顺利运行。那么风发电机开始建设风电场之前的工作需要根据地区风能，探索该地区风能资源的类型和性质。通过风的进入速度和释放速度来确定适合实际环境的发电机型号，以保证风力发电机的正常工作。风力发电机直流电机仿真方案，风力涡轮机输出功率与两个因素有关：转子速度和风速。旋转速度和风速恒定，则可以计算功率输出和机械扭矩。风力发电机和电动机的功率特性性非常相似。可以运用相关的数学模型计算风力发电机的功率输出并将其用作直流电机。控制命令执行控制。

5 风能控制策略。

智能风能在风力发电机出现不足的地方发挥作用，通过自动监控何时使用足够的电量和电池，来调整最大输出与尖端速度的比率。当前最大功率监控软件主要包括两个：风速的自动控制和风扇速度反馈方法。自动风跟踪是使用风速计测量自然风，根据最佳风机负载曲线计算实际功率输出和供应功率之间的差异，由调节器调节风力流量以调节风力输出。风扇速度反馈是发电机功率输出与自然输出之差。这种将风速比转换为发电机功率与机器速度的关系使整体结构更的容易更简单，并且可靠稳定。

结束语：由于传统化石能源的不断枯竭，满足社会能源需求已经变得越来越困难。同时，传统化石能源的大规模开发利用对生态环境造成了非常严重的破坏，严重的威胁到了人类的生存和发展。风能作为一种高效且清洁的能源，在今后的能源发展中是必不可少的，主要开发利用目标已成为国家应对能源危机的主要选择。通过我国风能资源的多年发展，风能发电已成为我国三大主要能源之一。

风能因其清洁性和可再生性等优势而受到了全世界的广泛关注，但是目前的风力发电生产力较低，需要大笔的投资与研发，但由于风力发电技术还没有成熟，所以风力发电正在缓慢而广泛地实施。本篇文章简要介绍了风力发电机的发展和风力发电机的机械特性。目前，提高风力发电效率的最佳途径是利用风的动态特性。并在实践中广泛应用最新和经过验证的方法，不断地进行详细的理论研究。

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