风能利用概述及发电机对比

风能利用概述及发电机对比

杨明哲

（青海师范大学青海西宁810000）

摘要：简述了化石能源消耗的基本情况以及使用开发新能源是人类实现可持续发展的必由之路，并概括了风力发电机组的发展历史。同时对水平轴风力发电机组的组成结构和四种发电机进行对比。

关键词：一次能源；风能；发电机

引言

能源是人类一切生产活动的基础，与经济、政治、社会等问题息息相关。而随着人类社会的工业化发展以及人们生活水平的提高，能源的的消耗速度急剧增长。近几年，世界人口增长为之前的四倍，而世界能源的消耗量则同比增长为原来的16倍。作为三大传统能源的煤、石油、天然气也会在不久的将来消耗殆尽。据目前已经探明的化石能源储备量来估算，石油的使用寿命只有40年，天然气也将在60年内用完，而煤炭也只能供人类使用220年。显然，传统能源已经不能再支撑起人类文明的延续。所以，寻找新型能源的工作已经迫在眉睫。

1.新能源概述

新能源指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，其主要包括风能，水能，太阳能等其他能源。作为可再生的清洁能源，其有效的缓解了能源短缺的世界难题。近几年，新能源的发展态势十分的迅猛，据有关部门统计，2017年上半年我国新能源发电量同比增长5.15%，已占据中国总发电量的27.2%。其中，风力发电量为71.9亿千瓦时，增长25.7%，稳居新能源发电首位；光伏发电也增长80.3%。由于新能源的使用，2017年上半年已减少用煤量2200万吨。据初步测算，7-9月预计可减少煤电近400亿千瓦时，减少用煤量1800万吨。

2.风力发电概况

在所有的新能源产业中，风力发电具有取之不尽、用之不竭、分布广泛并且对环境以及生态基本没有任何影响的优势。使得风力发电产业成为所有新能源产业中装机容量最多，并且发展仍然迅猛的产业。受到业内甚至广大人民群众的热切关注。

自2000年以来，全球就进入了风力发电的热潮，装机容量也是呈几何式攀升，其中中国新增风力发电机容量占全球总新增装机容量的45%，其风力发电机的制造业也达到了世界先进水平，可以做到批量出口。

虽然目前风力发电产业在世界范围内的发电领域已拔得头筹，但这并不影响其继续前进的脚步，根据全球一流的风力发电专家美国伯克利劳伦斯国家实验室（BerkeleyLab）的调查表明，随着科技的进步，专家预测2030年风力发电成本将比目前降低24%-30%；到2050年将降低35%-41%，并且还会研制出体积更大、效率更高的风力发电机，风力发电将会进入一个全新的时代，其投资费用以及运行成本都会大大降低，并将应用于其他领域当中。

3.风力发电机的发展史

①.1887年第一台12kw的风力发电机在美国问世，其主要功能是为家中的蓄电池充电。

②.1891年第一台具有现代意义的风力发电机组问世。

③.1940年第一台1250kw超大型风力发电机组问世。

④.1957年丹麦概念机组（具有三个固定叶片、采用异步发电机、风轮定速旋转）问世，奠定了现代风力发电机的基础，确定了风机最佳的基本结构和框架。

4.水平轴风力发电机的组成及发电原理

4.1水平轴风力发电机组结构

水平轴风力发电机组主要由风轮、机舱、塔架以及基础组成。其中风轮由吸收风能的叶片、连接叶片和主轴的轮毂组成；机舱是由连接风轮以及风机底座的主轴、负责控制风力发电机对风的偏航系统、急停制动系统、增速齿轮箱、发电机组成。

4.2发电机的原理

风力发电机组中主流的发电机有两类（同步交流发电机，异步交流发电机）共四种，分别是同步交流发电机、定桨距异步风力发电机、双馈异步风力发电机以及永磁直驱异步发电机。其中同步交流发电机的原理是当同步发电机转子励磁绕组中通入直流励磁时，励磁磁场将同转子一起旋转，从而得到一个机械旋转磁场。由该磁场与定子间产生相对运动，从而产生交流电动势；那么异步交流发电机的原理为在定子中通入三相交流电，从而产生旋转磁场，转子中产生感应电流，从而产生电磁使得转子转动。由于转子与旋转磁场之间的相对运动从而产生交流电动势。

4.3四种风力发电机性能比较

同步发电机：定子采用独立绕组的方式，转子直流励磁电流，可以调节功率因数。

定桨距异步风力发电机：定子无独立绕组，转子中产生感应磁场，可以调节有功功率。

双馈异步发电机：定子采用独立绕组，转子交流励磁电流，可以通过调节有用功率，无功功率以及功率因数

永磁直驱发电机：定子无独立绕组，转子采用永久磁铁，可以调节无功功率。

5.结束语

近年来，能源的短缺以及环境的破坏已经成为困扰人类的一大难题。但随着人类科技的进步，以及世界各国对新能源的关注度也在逐步加强，新型清洁能源将逐步取代传统化石能源。

风能作为装机容量以及科技水平发展最高的新能源产业，在当今世界能源构架中起到了不容小视的作用。而风机中最核心的发电机的选型也就成为了风力发电厂建设的大问题，通过对当地风资源的评估以及各种发电机（同步交流发电机、定桨距异步发电机、双馈异步交流发电机、永磁直驱发电机）的性能和适合的场景综合考虑来选择合适的发电机。

总之，风能及其他新能源的发展还是一个长期的过程，但这条道路是我们要走的必由之路。

参考文献

[1].赵建柱，王恩荣，董升，张红，黄韶炯.风能利用与可持续发展[A].农机化研究，2004.

[2].徐大平，柳亦兵，吕跃刚.风力发电原理[M].机械工业出版社，2016.

作者简介

杨明哲（1997-03-03），男，汉族，籍贯：河北省沧州市，学历：本科，研究方向：新能源。