風力發電機

維基百科,自由的百科全書
位於比利時海岸附近北海上的風力發電場,圖中為5MW的海上風力發電機.

風力發電機又稱風力渦輪機,簡稱風機風力機,是一種將氣流的動能轉為機械能的裝置,是構成風力發電廠的必要元素之一。此裝置通常會接上發電機。風力發動機通過風力帶動風車(大多採用3驅動)旋轉,再通過增速機將旋轉的速度提升,促使發電機發電。風電渦輪機由機頭、轉體、尾翼、組成,其中用來接受風力並通過機頭轉為電能,尾翼使始終對著來風的方向從而獲得最大的風能,轉體能使機頭靈活地轉動以實現尾翼調整方向的功能,機頭的轉子是永磁體,定子繞組切割磁力線產生電能。

一些研究者認為,與太陽能發電水力發電地熱能發電燃煤發電燃氣發電等發電方式相比,風力發電具有相對最低的溫室氣體排放量、最少需水量和最具有利社會影響的發電方式[1]

歷史[編輯]

垂直軸風力發電機

風力發電機是現代科學技術的產物,是人類利用自然風能將氣流的動能轉為機械能,並連接和帶動發電機運轉用來發電的一種發電設備。但在很早之前,人類就開始利用自然風能,亞歷山卓的希羅風車被認為是歷史上最早的風力驅動機器之一[2][3]

人類利用風力發電的嘗試,則最早在19世紀末的歐洲就已經開始。20世紀三十年代,丹麥、瑞典、蘇聯和美國應用航空工業的旋翼技術,成功地研製了一些小型風力發電裝置。這種小型風力發電機,廣泛在多風的海島和偏僻的鄉村使用,它所獲得的電力成本比小型內燃機的發電成本低得多。人類最早利用風力來發電的嘗試起源於丹麥設計的垂直軸風力發電機,水平軸風力發電機最早也出現在歐洲。

2010年以來,風電渦輪機製造效率不斷提升,成本也已經下降了40%。風電渦輪機上普遍裝上了智能感應器,智能數據,操作效率和使用成本大大降低。新的風電渦輪機組正在進入市場,在一些幾年前開發商還覺得裝機不划算的地區,也已經裝上了風電渦輪機。預計未來10年,風電渦輪機成本還將下降36%,到2050年下降48%。[4]

材料[編輯]

風力發電機構件,特別是風機轉子,必須在保證結構強度與性能長期穩定的條件下實現輕量化設計。此外,為滿足經濟要求,風機構件還需具備成本效益優勢。不僅如此,較長的生產周期亦要求材料兼備高溫與易加工的特性。風機轉子的材料經歷了從木材,金屬,工程塑料到玻璃鋼複合材料的發展歷程。所謂玻璃鋼就是環氧樹脂、不飽和樹脂等塑料滲入長度不同的玻璃纖維或碳纖維而做成的增強塑料,增強塑料表面可再纏玻璃纖維及塗環氧樹脂,其他部分填充泡沫塑料。泡沫在中主要是提高剛度、增加穩定性並且減輕質量的作用。泡沫的本體力學性能會影響到夾層機構的力學性能,同時泡沫密度不同對的質量分布也會產生影響,進而影響到的載荷分布。聚氯乙烯(PVC)泡沫使用最為廣泛,屬於熱固性泡沫,也是第一種用在承載構件夾層結構中的結構泡沫芯材。但以PVC為代表的熱固性泡沫,由於無法降解和回收,對環境和資源都存在影響,隨著未來低碳經濟的發展,熱塑性泡沫如PET(Airex)等將會得到越來越多的重視和發展。

種類[編輯]

水平軸風力發電機[編輯]

水平軸風力發電機具有對風裝置,能隨風向改變而轉動。對於小型風力發電機,這種對風裝置採用尾舵,而對於大型的風力發電機,則利用風向傳感元件以及伺服電機組成的傳動機構。風力機的風輪安裝在輪轂上,風力機運行時輪轂正對風向稱為上風向風力機,背對風向則稱為下風向風機。水平軸風力發電機的式樣很多,有的具有反轉的風輪,有的在一個塔架上安裝多個風輪,以便在輸出功率一定的條件下減少塔架的成本,還有的水平軸風力發電機在風輪周圍產生漩渦,集中氣流,增加氣流速度。

各種類型的水平軸風力發電機

垂直軸風力發電機[編輯]

T垂直軸風力發電機可分為升力型和阻力型兩類。升力型風力發電機旋轉速度快,阻力型旋轉速度慢。對於風力發電,多採用升力型垂直軸風力發電機。垂直軸風力發電機在風向改變的時候無需對風,在這點上相對於水平軸風力發電機是一大優勢,它不僅使結構設計簡化,而且也減少了風輪對風時的陀螺力。

利用阻力旋轉的垂直軸風力發電機有幾種類型,其中有利用平板和被子做成的風輪,這是一種純阻力裝置;S型風車,具有部分升力,但主要還是阻力裝置。這些裝置有較大的啟動力矩,但尖速比低,在風輪尺寸、重量和成本一定的情況下,提供的功率輸出低。

各種類型的垂直軸風力發電機

中國的風電渦輪機[編輯]

截至2008年年底年 (2008年年底-Missing required parameter 1=month!),有至少15家中國公司以商業目的生產風力渦輪機,並有幾十個中國公司生產組件。[5]中國將會普及1.5兆瓦至3兆瓦大小的渦輪機。中國領先的風力發電公司有金風科技國電聯合動力國電集團的一個子公司)、東方電氣明陽風電上海電氣遠景能源湘電風能湘電集團的一個子公司)、華銳風電等,以及大多數主要的外國風力渦輪機製造商。[6]在2008年,中國也增加了小型風力渦輪機的生產,總數達到大約80,000個渦輪機。根據行業觀察人士的觀點,憑藉這些發展,中國的風力發電產業展現出了不受全球金融危機影響的現象。[7]

記錄[編輯]

記錄 號型/名字 位置 牌子
最大 V236-15[8] Østerlid Wind Turbine Test Field Vestas
最大垂直軸 Éole[9] 加拿大魁北克省Cap-Chat NRC, Hydro-Québec
最大一葉片 Monopteros M50[10] Jade Wind Park MBB Messerschmitt
最大二葉片 SCD6.5[11] 龍源風電場 明陽風電

主要製造商[編輯]

德國
丹麥
西班牙
美國
日本
中華人民共和國
印度

參見[編輯]

外部連結[編輯]

參考文獻[編輯]

  1. ^ Evans, Annette; Strezov, Vladimir; Evans, Tim J. Assessment of sustainability indicators for renewable energy technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2009-06-01, 13 (5): 1082–1088 [2020-06-02]. ISSN 1364-0321. doi:10.1016/j.rser.2008.03.008. (原始內容存檔於2015-09-24) (英語). 
  2. ^ Sorensen, Bent. Renewable Energy: Four Volume Set. Routledge. 2018-12-14. ISBN 978-1-317-74092-6 (英語). 
  3. ^ Lohrmann, Dietrich. Von der östlichen zur westlichen Windmühle: Beitrag zu einer ungelösten Frage. Archiv für Kulturgeschichte. 1995-06-01, 77 (1): 1–32 [2020-06-02]. ISSN 2194-3958. doi:10.7788/akg.1995.77.1.1. (原始內容存檔於2021-01-25) (德語). 
  4. ^ 光伏系統工程. 技术进步成本下降 风电光伏将比煤电更具优势. 北極星電力網. 
  5. ^ Caprotti Federico (2009) China's Cleantech Landscape: The Renewable Energy Technology Paradox ''Sustainable Development Law & Policy '' Spring 2009: 6–10 (PDF). [2010-01-31]. (原始內容 (PDF)存檔於2011-06-09). 
  6. ^ Adrian Lema and K. Ruby, 「Towards a policy model for climate change mitigation: China's experience with wind power development and lessons for developing countries」, Energy for Sustainable Development, Vol. 10, Issue 4.
  7. ^ REN21 (2009). Renewables Global Status Report: 2009 Update 網際網路檔案館存檔,存檔日期2009-06-12. p. 16.
  8. ^ Johnson, Lauren. World’s Most Powerful Wind Turbine Successfully Produces Power. TOMORROW』S WORLD TODAY®. 2023-01-23 [2024-02-06] (美國英語). 
  9. ^ Wind Energy Power Plants in Canada – other provinces. 5 June 2010 [24 August 2010]. (原始內容存檔於4 September 2012) (英語). 
  10. ^ MBB Messerschmitt Monopteros M50 - 640,00 kW - Wind turbine. wind-turbine-models.com. (原始內容存檔於Jul 9, 2023) (英語). 
  11. ^ Ming Yang completes 6.5MW offshore turbine. Windpower Monthly. 1 July 2013 [2023-06-06] (英語).