小型風力發電機:風能轉化為電能的裝置-中文百科頻道

定義

一般把發電功率在10千瓦及其以下的風力發電機稱作小型風力發電機。

軸的區别

水平軸與垂直軸風力發電機的不同在以下幾個方面：

設計方法

水平軸風力發電機的葉片設計,普遍采用的是動量—葉素理論,主要的方法有Glauert法、Wilson法等。但是,由于葉素理論忽略了各葉素之間的流動幹擾,同時在應用葉素理論設計葉片時都忽略了翼型的阻力,這種簡化處理不可避免地造成了結果的不準确性,這種簡化對葉片外形設計的影響較小,但對風輪的風能利用率影響較大。同時,風輪各葉片之間的幹擾也十分強烈,整個流動非常複雜,如果僅僅依靠葉素理論是完全沒有辦法得出準确結果的。

垂直軸風力發電機的葉片設計,以前也是按照水平軸的設計方法,依靠葉素理論來設計。由于垂直軸風輪的流動比水平軸更加複雜,是典型的大分離非定常流動,不适合用葉素理論進行分析、設計,這也是垂直軸風力發電機長期得不到發展的一個重要原因。

風能利用率

大型水平軸風力發電機的風能利用率,絕大部分是由葉片設計方計算所得,一般在40%以上。如前所述,由于設計方法本身的缺陷,這樣計算所得的風能利用率的準确性很值得懷疑。當然,風電廠的風力發電機都會根據測得的風速和輸出功率繪制風功率曲線,但是,此時的風速是風輪後部測風儀測得的風速參見,要小于來流風速,風功率曲線偏高,必須進行修正。應用修正方法修正後,水平軸的風能利用率要降低30%～50%。對于小型水平軸風力發電機的風能利用率,中國空氣動力研究與發展中心曾做過相關的風洞實驗,實測的利用率在23%～29%。

起動風速

水平軸風輪的起動性能好已經是個共識,但是根據中國空氣動力研究與發展中心對小型水平軸風力發電機所做的風洞實驗來看,起動風速一般在4～5m/s之間,最大的居然達到5.9m/s,這樣的起動性能顯然是不能令人滿意的。垂直軸風輪的起動性能差也是業内的共識,特别是對于Darrieus式Ф型風輪,完全沒有自啟動能力,這也是限制垂直軸風力發電機應用的一個原因。但是,對于Darrieus式H型風輪,卻有相反的結論。根據筆者的研究發現,隻要翼型和安裝角選擇合适,完全能得到相當不錯的起動性能,通過雙渦輪式垂直軸風力發電機、垂直軸風力發電機、鼠籠式垂直軸風力發電機的風洞實驗來看,這種Darrieus式H型風輪的起動風速隻需要2m/s,優于上述的水平軸風力發電機。

結構特點

水平軸風力發電機的葉片在旋轉一周的過程中,受慣性力和重力的綜合作用,慣性力的方向是随時變化的,而重力的方向始終不變,這樣葉片所受的就是一個交變載荷,這對于葉片的疲勞強度是非常不利的。另外,水平軸的發電機都置于幾十米的高空,這給發電機的安裝、維護和檢修帶來了很多的不便。

垂直軸風輪的葉片在旋轉的過程中的受力情況要比水平軸的好的多,由于慣性力與重力的方向始終不變,所受的是恒定載荷,因此疲勞壽命要比水平軸風輪長。同時,垂直軸的發電機可以放在風輪的下部或是地面,便于安裝和維護。

發展史

人類對風能的利用已有幾千年的曆史，最初主要是利用風力提水灌溉，及海水曬鹽和風力驅動的磨坊。這在當時是人類利用自然界的力量，利用風力和水力代替人力和畜力來驅動工作機械，提高了生産力。至于人類利用風能來驅動船隻航行，則可追溯到更久遠的年代。

我國較大規模地開發和應用風力發電機，特别是小型風力發電機，始于70年代，當時研制的風力提水機用于提水灌溉和沿海地區的鹽場，研制的較大功率的風力發電機應用于浙江和福建沿海，特别是在内蒙古地區由于得到了政府的支持和适應了當地自然資源和當地群衆的需求，小型風力發電機的研究和推廣得到了長足的發展。對于解決邊遠地區居住分散的農牧民群衆的生活用電和部分生産用電起了很大作用。

随着世界範圍内對環境保護、全球溫室效應的重視，各國都競相發展包括風能在内的可再生能源的利用技術，将風能作為可持續發展的能源政策中的一種選擇，不論對并網型的大型風力發電機和适用于邊遠地區農牧戶的離網型小型風力發電機都給予了很大的政策支持。我國已有安裝并網的風力機的風力田24 處，總裝機容量26.8萬千瓦。小型風力機的保有量超過14萬台，使我國成為世界上小型風力發電機保有量最多的國家。

小型風力發電機組的組成：小型風力發電機組一般由下列幾部分組成：風輪、發電機、調速和調向機構、停車機構、塔架及拉索等，控制器、蓄電池、逆變器等。

①風輪：小型風力機的風輪大多用2~3個葉片組成，它是把風能轉化為機械能的部件。風輪葉片的材質主要有兩種。一種是玻璃鋼材料，一般用玻璃絲布和調配好的環氧樹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狀和變截面的葉片但手工制作費工費時，産品質量不易控制。國外小風機也采用機械化生産等截面葉片，大大提高了葉片生産的效率和産品質量。

②發電機：小型風力發電機一般采用的是永磁式交流發電機，由風輪驅動發電機産生的交流電經過整流後變成可以儲存在蓄電池中的直流電。

③調向機構、調速機構和停車機構：為了從風中獲取能量，風輪旋轉面應垂直于風向，在小型風機中，這一功能靠風力機的尾翼作為調向機構來實現。同時随着風速的增加，要對風輪的轉速有所限制，這是因為一方面過快的轉速會對風輪和風力機的其他部件造成損壞，另一方面也需要把發電機的功率輸出限定在一定範圍内。由于小型風力機的結構比較簡單，一般采用葉輪側偏式調速方式，這種調速機構在風速風向變化轉大時容易造成風輪和尾翼的擺動，從而引起風力機的振動。因此，在風速較大時，特别是蓄電池已經充滿的情況，應人工控制風力機停機。在有的小型風力機中設計有手動刹車機構，另外在實踐可采用側偏停機方式，即在尾翼上固定一軟繩，當需要停機時，拉動尾翼，使風輪側向于風向，從而達到停車的目的。

市場潛力

進入2008年下半年以來，受國際宏觀形勢影響，中國經濟發展速度趨緩。為有力拉動内需，保持經濟社會平穩較快發展，政府加大了對交通、能源領域的固定資産投資力度，支持和鼓勵可再生能源發展。作為節能環保的新能源，風電産業赢得曆史性發展機遇。為全面推動經濟社會發展，部分仍存在缺點、無電居民的地區加快小型風電發展步伐，加大了解決邊遠地區群衆供電難問題的投資力度，有力推動了小型風電的進一步推廣。

中國風力等新能源發電行業的發展前景十分廣闊，預計未來很長一段時間都将保持快速發展。随着中國風電設備的國産化，風光互補系統等新型技術的日漸成熟，小型風力發電的成本可望再降，經濟效益和社會效益提升，小型風力發電市場潛力巨大。小型風電機組相關設備制造、小型風電技術研發、風電路燈等領域成為投資熱點，市場前景看好。

保養

普通型保養

1、對所有轉動部件每年檢查，清洗，潤滑一次;

2、對鋼絲繩、索具和所有緊固連接件在每年雨季前進行一次清洗外表，塗敷防鏽油;

3、每運轉一年，對發電機軸承潤滑保養一次;

4、每兩年對風力機所有露天機件進行一次清潔，除鏽，塗漆。

精品型保養

1、露天機件均采用了不鏽鋼材或經過特殊的長效防鏽蝕處理，不必再對外表進行保養;

2、發電機采用了高級軸承和高級锂基潤滑脂，在運轉5年之後對軸承進行檢查，必要時适量補充潤滑脂。

應用擴展方案

應用場景

分布式風力發電系統主要運用領域：可在農村、牧區、山區，發展中的大、中、小城市或商業區附近建造，解決當地用戶用電需求。

解決方案

分布式風力發電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機将旋轉的速度提升，來促使發電機發電。依據現有風車技術，大約是每秒三米的微風速度（微風的程度），便可以開始發電。風力發電正在世界上形成一股熱潮，因為風力發電不需要使用燃料，也不會産生輻射或空氣污染。系統主要由風力發電機、蓄電池、控制器、并網逆變器組成。

方案特點

運用钕鐵硼永磁材料，超載能力強；

封閉式輸電滑環，電纜不纏繞；

具有防腐、防酸雨、防鹽堿的特性；

微型風機，2.5級風發電儲能；

使用壽命長達15年；

具風向調節，超強風控制功能；

過充過放保護，直流恒壓充電；

運行簡單，無人工值守與特殊維護；

實際占地面積少，對土地要求低，在山丘、海邊、河堤、荒漠等地形惡劣的條件下均可運用；

風輪不僅有同時還增加了立式及風葉的多種藝術造型。

國家相關政策

國家能源局于2013年11月18日發布《分布式發電項目管理暫行辦法》

第一章總則

第一條為規範分布式光伏發電項目建設管理，推進分布式光伏發電應用，根據《中華人民共和國可再生能源法》、《中華人民共和國電力法》、《中華人民共和國行政許可法》，以及《國務院關于促進光伏産業健康發展的若幹意見》，制定本辦法。

第二條分布式光伏發電是指在用戶所在場地或附近建設運行，以用戶側自發自用為主、多餘電量上網且在配電網系統平衡調節為特征的光伏發電設施。

第三條鼓勵各類電力用戶、投資企業、專業化合同能源服務公司、個人等作為項目單位，投資建設和經營分布式光伏發電項目。

第四條國務院能源主管部門負責全國分布式光伏發電規劃指導和監督管理；地方能源主管部門在國務院能源主管部門指導下，負責本地區分布式光伏發電規劃、建設的監督管理；國家能源局派出機構負責對本地區分布式光伏發電規劃和政策執行、并網運行、市場公平及運行安全進行監管。

第五條分布式光伏發電實行“自發自用、餘電上網、就近消納、電網調節”的運營模式。電網企業采用先進技術優化電網運行管理，為分布式光伏發電運行提供系統支撐，保障電力用戶安全用電。鼓勵項目投資經營主體與同一供電區内的電力用戶在電網企業配合下以多種方式實現分布式光伏發電就近消納。

第二章規模管理

第六條國務院能源主管部門依據全國太陽能發電相關規劃、各地區分布式光伏發電發展需求和建設條件，對需要國家資金補貼的項目實行總量平衡和年度指導規模管理。不需要國家資金補貼的項目不納入年度指導規模管理範圍。

第七條省級能源主管部門根據本地區分布式光伏發電發展情況，提出下一年度需要國家資金補貼的項目規模申請。國務院能源主管部門結合各地項目資源、實際應用以及可再生能源電價附加征收情況，統籌協調平衡後，下達各地區年度指導規模，在年度中期可視各地區實施情況進行微調。

第八條國務院能源主管部門下達的分布式光伏發電年度指導規模，在該年度内未使用的規模指标自動失效。當年規模指标與實際需求差距較大的，地方能源主管部門可适時提出調整申請。

第九條鼓勵各級地方政府通過市場競争方式降低分布式光伏發電的補貼标準。優先支持申請低于國家補貼标準的分布式光伏發電項目建設。

第三章項目備案

第十條省級及以下能源主管部門依據國務院投資項目管理規定和國務院能源主管部門下達的本地區分布式光伏發電的年度指導規模指标，對分布式光伏發電項目實行備案管理。具體備案辦法由省級人民政府制定。

第十一條項目備案工作應根據分布式光伏發電項目特點盡可能簡化程序，免除發電業務許可、規劃選址、土地預審、水土保持、環境影響評價、節能評估及社會風險評估等支持性文件。

第十二條對個人利用自有住宅及在住宅區域内建設的分布式光伏發電項目，由當地電網企業直接登記并集中向當地能源主管部門備案。不需要國家資金補貼的項目由省級能源主管部門自行管理。

第十三條各級管理部門和項目單位不得自行變更項目備案文件的主要事項，包括投資主體、建設地點、項目規模、運營模式等。确需變更時，由備案部門按程序辦理。

第十四條在年度指導規模指标範圍内的分布式光伏發電項目，自備案之日起兩年内未建成投産的，在年度指導規模中取消，并同時取消享受國家資金補貼的資格。

第十五條鼓勵地市級或縣級政府結合當地實際，建立與電網接入申請、并網調試和驗收、電費結算和補貼發放等相結合的分布式光伏發電項目備案、竣工驗收等一站式服務體系，簡化辦理流程，提高管理效率。

第四章建設條件

第十六條分布式光伏發電項目所依托的建築物及設施應具有合法性，項目單位與項目所依托的建築物、場地及設施所有人非同一主體時，項目單位應與所有人簽訂建築物、場地及設施的使用或租用協議，視經營方式與電力用戶簽訂合同能源服務協議。

第十七條分布式光伏發電項目的設計和安裝應符合有關管理規定、設備标準、建築工程規範和安全規範等要求。承擔項目設計、咨詢、安裝和監理的單位，應具有國家規定的相應資質。

第十八條分布式光伏發電項目采用的光伏電池組件、逆變器等設備應通過符合國家規定的認證認可機構的檢測認證，符合相關接入電網的技術要求。

第五章電網接入和運行

第十九條電網企業收到項目單位并網接入申請後，應在20個工作日内出具并網接入意見，對于集中多點接入的分布式光伏發電項目可延長到30個工作日。

第二十條以35千伏及以下電壓等級接入電網的分布式光伏發電項目，由地市級或縣級電網企業按照簡化程序辦理相關并網手續，并提供并網咨詢、電能表安裝、并網調試及驗收等服務。

第二十一條以35千伏以上電壓等級接入電網且所發電力在并網點範圍内使用的分布式光伏發電項目，電網企業應根據其接入方式、電量使用範圍，本着簡便和及時高效的原則做好并網管理，提供相關服務。

第二十二條接入公共電網的分布式光伏發電項目，接入系統工程以及因接入引起的公共電網改造部分由電網企業投資建設。接入用戶側的分布式光伏發電項目，用戶側的配套工程由項目單位投資建設。因項目接入電網引起的公共電網改造部分由電網企業投資建設。

第二十三條電網企業應采用先進運行控制技術，提高配電網智能化水平，為接納分布式光伏發電創造條件。在分布式光伏發電安裝規模較大、占電網負荷比重較高的供電區，電網企業應根據發展需要建設分布式光伏發電并網運行監測、功率預測和優化運行相結合的綜合技術體系，實現分布式光伏發電高效利用和系統安全運行。

第六章計量與結算

第二十四條分布式光伏發電項目本體工程建成後，向電網企業提出并網調試和驗收申請。電網企業指導和配合項目單位開展并網運行調試和驗收。電網企業應根據國家有關标準制定分布式光伏發電電網接入和并網運行驗收辦法。

第二十五條電網企業負責對分布式光伏發電項目的全部發電量、上網電量分别計量，免費提供并安裝電能計量表，不向項目單位收取系統備用容量費。電網企業在有關并網接入和運行等所有環節提供的服務均不向項目單位收取費用。

第二十六條享受電量補貼政策的分布式光伏發電項目，由電網企業負責向項目單位按月轉付國家補貼資金，按月結算餘電上網電量電費。

第二十七條在經濟開發區等相對獨立的供電區統一組織建設的分布式光伏發電項目，餘電上網部分可向該供電區内其他電力用戶直接售電。

第七章産業信息監測

第二十八條組織地市級或縣級能源主管部門按月彙總項目備案信息。省級能源主管部門按季分類彙總備案信息後報送國務院能源主管部門。

第二十九條各省級能源主管部門負責本地區分布式光伏發電項目建設和運行信息統計，并分别于每年7月、次年1月向國務院能源主管部門報送上半年和上一年度的統計信息，同時抄送國家能源局及其派出監管機構、國家可再生能源信息中心。

第三十條電網企業負責建設本級電網覆蓋範圍内分布式光伏發電的運行監測體系，配合本級能源主管部門向所在地的能源管理部門按季報送項目建設運行信息，包括項目建設、發電量、上網電量、電費和補貼發放與結算等信息。

第三十一條

國務院能源主管部門委托國家可再生能源信息中心開展分布式光伏發電行業信息管理，組織研究制定工程設計、安裝、驗收等環節的标準規範，統計全國分布式光伏發電項目建設運行信息，分析評價行業發展現狀和趨勢，及時提出相關政策建議。經國務院能源主管部門批準，适時發布相關産業信息。

第八章違規責任

第三十二條電網企業未按照規定收購分布式光伏發電項目餘電上網電量，造成項目單位損失的，應當按照《中華人民共和國可再生能源法》的規定承擔經濟賠償責任。

第九章附則

第三十三條本辦法由國家能源局負責解釋，自發布之日起施行。

小型風力發電機

定義

分類

按軸位置分類

按功率分類