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小型风力发电技术 |
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作者：未知 来源：中央人民广播电视学校《致富早班车》 时间：2006-3-8 | |
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艳红：农民朋友们、同学们：你们好！我是艳红。欢迎收听由我主持的西部开发农业科技教育广播讲座节目，今天我们要给大家介绍农业部生态家园富民计划系列广播讲座的一项新技术，小型风力发电技术。为此我们请来了内蒙古华德新技术公司秦建平先生为我们介绍这项能源技术。秦先生：您好！
秦建平：艳红你好。
1．艳红：秦先生，风力发电应该说是既有效利用了自然资源，又不对自然环境造成污染，又可以解决偏远地区人民的生活。有了电，人的生活质量就可以上一个新台阶，比方说有了电就可以看电视接收最新信息。那是不是先请您把人类对风能的利用情况简单介绍一下？
秦建平：好的。我先简单介绍一下人类对风能的利用情况，给大家一个总体印象。人类对风能的利用已有几千年的历史，最初主要是利用风力提水灌溉，及海水晒盐和风力驱动的磨坊。这在当时是人类利用自然界的力量，利用风力和水力代替人力和畜力来驱动工作机械，提高了生产力。至于人类利用风能来驱动船只航行，则可追溯到更久远的年代。
2．艳红：我们国家是从什么时候开始利用风能发电的呢？
秦建平：我国较大规模地开发和应用风力发电机，特别是小型风力发电机，始于７０年代，当时研制的风力提水机用于提水灌溉和沿海地区的盐场，研制的较大功率的风力发电机应用于浙江和福建沿海，特别是在内蒙古地区由于得到了政府的支持和适应了当地自然资源和当地群众的需求，小型风力发电机的研究和推广得到了长足的发展。对于解决边远地区居住分散的农牧民群众的生活用电和部分生产用电起了很大作用。
近年来，随着世界范围内对环境保护、全球温室效应的重视，各国都竞相发展包括风能在内的可再生能源的利用技术，将风能作为可持续发展的能源政策中的一种选择，不论对并网型的大型风力发电机和适用于边远地区农牧户的离网型小型风力发电机都给予了很大的政策支持。我国目前已有安装并网的风力机的风力田 24 处，总装机容量26.8万千瓦。小型风力机的保有量超过14万台，使我国成为世界上小型风力发电机保有量最多的国家。
3．艳红：利用一种资源一定要了解它的特点，利用风能发电是不是也要了解掌握风的特点，以便更好地加以利用？
秦建平：要利用风能，象你讲的必须了解风力的特性。风是地球上最常见的自然现象。太阳辐射对地球表面的不均匀性加热是风的主要成因。太阳辐射透过大气层到达地球表面，地表各处（海洋和陆地；沙漠、荒原和植被、森林地区等等）吸收热量不同，而地球自转、公转，季节、气候变化和昼夜温差的影响，使地表各处散热情况也各不相同。散热多的地区，靠近地表的空气受热膨胀，压力减小，形成低气压区。空气从高气压区向低气压区流动就产生了风。地形、地貌的差异，地球自转、公转的影响，更加剧了空气流动量和流动方向的多变性，造成风速和风向的变化性和复杂性。到达地球范围内的太阳能，大约有2%左右转化成风能，因此风能是一种广义的太阳能，只要太阳存在就存在风能资源，风能是一种永久性的无污染的可再生能源。
风能作为一种能量资源有这么几个特点：
（1）风能是一种在大部分地区和大部分时间可容易获取的能源。风能不光在白天有阳光时可得到，而在夜间也可得到，而许多家用电器，如：照明灯和电视机经常是在夜间工作的。当然，风能的能量密度低，空气的密度比水小816倍，这意味着需要较大的风轮来获取能量，单机不可能太大，更适合中、小型机组。
（2）风能的变化性和随机性。充分体现风能的变化性和随机性对于正确地选择风力机和风力机系统中配置，选择正确的安装位置是非常重要的。
a.风的季节变化：由于地理位置的不同和季节温度的不同，各个地区的风速和风向一般都随季节的变化而有显著的不同。
如内蒙地区春季和冬季平均风速为每秒5.1米，而夏季平均风速为每秒4.5米，不同季节的平均风速有着显著不同。
b.风的日变化：在一个特定地区，一天当中风速的变化是有规律的，这是由于不同地表对于太阳辐射热的吸收差异造成的。
c.风随高度变化：在一定高度范围内，风速随高度增加而增加。同时高度增加后，由地面物体如房屋、树木等引起的风紊流也减小，这对于风力机的平稳运行是有利的。
风能的随机性是指在同一地点风速总是在不断变化的，人们一般用风速变化幅度的中间值来表示平均风速。
平均风速风向变化随昼夜和季节而变化在统计上有一定规律，但在某一时间内风速是不确定的，有时一连几天没风，有时会有很强的阵风甚至一连几天几夜刮大风。由于空气密度低，风速小（小于3米/秒）风能太小而无利用价值。风太大（超过25米/秒），不仅无法利用，而且具有很大的破坏性。风的这种变化性和随机性增加了风能利用的困难，使得必须在风力机系统中增加调速限速装置和储能设备。
4．艳红：秦先生，听您这么讲，我们对风的特点有了一个比较系统的了解。那么风力发电机组的结构，就是它都由哪些设备组成的，我想很多听众朋友都希望有一个了解？
秦建平：风力发电机根据应用场合的不同又分为并网型和离网型风力机，离网型风力发电机亦称独立运行风力机是应用在无电网地区的风力机，一般功率较小。独立运行风力机一般需要与蓄电池和其他控制装置共同组成独立运行风力机发电系统。这种独立运行系统可以是几千瓦乃至上几十千瓦解决一个村落的供电系统，也可以是几十到几百瓦的小型风力发电机组以解决一家一户的供电，我们这里主要介绍适合我国边远无电地区的小型风力发电机组。
小型风力发电机组的组成：小型风力发电机组一般由下列几部分组成：风轮、发电机、调速和调向机构、停车机构、塔架及拉索等，控制器、蓄电池、逆变器等。
①风轮：小型风力机的风轮大多用2－3个叶片组成，它是把风能转化为机械能的部件。目前风轮叶片的材质主要有两种。一种是玻璃钢材料，一般用玻璃丝布和调配好的环氧树脂在模型内手工糊制，在内腔填加一些填充材料，手工糊制适用于不同形状和变截面的叶片但手工制作费工费时，产品质量不易控制。国外小风机也采用机械化生产等截面叶片，大大提高了叶片生产的效率和产品质量。
②发电机：小型风力发电机一般采用的是永磁式交流发电机，由风轮驱动发电机产生的交流电经过整流后变成可以储存在蓄电池中的直流电。
③调向机构、调速机构和停车机构：为了从风中获取能量，风轮旋转面应垂直于风向，在小型风机中，这一功能靠风力机的尾翼作为调向机构来实现。同时随着风速的增加，要对风轮的转速有所限制，这是因为一方面过快的转速会对风轮和风力机的其他部件造成损坏，另一方面也需要把发电机的功率输出限定在一定范围内。由于小型风力机的结构比较简单，目前一般采用叶轮侧偏式调速方式，这种调速机构在风速风向变化转大时容易造成风轮和尾翼的摆动，从而引起风力机的振动。因此，在风速较大时，特别是蓄电池已经充满的情况，应人工控制风力机停机。在有的小型风力机中设计有手动刹车机构，另外在实践可采用侧偏停机方式，即在尾翼上固定一软绳，当需要停机时，拉动尾翼，使风轮侧向于风向，从而达到停车的目的。 |
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