01 什么是風力發電？

定義：風力發電機是將風能轉換為機械功，機械功帶動轉子旋轉，最終輸出交流電的電力設備。風力發電機一般有風輪、發電機(包括裝置)、調向器(尾翼)、塔架、限速安全機構和儲能裝置等構件組成。

歷史：人們利用風能的歷史有3000多年，1891年,丹麥人PoulLaCour第一個制造了用來發電的風車。1941-42丹麥的F.L.Smidth公司建造的風車可以看成世界現代風車的前身。

02 風力發電原理

原理：風力發電的原理是將風能轉換為機械能，機械能轉換為電能的電力設備。廣義地說，它是一種以太陽為熱源，以大氣為工作介質的熱能利用發動機。是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提升，來促使發電機發電。

巨大葉片轉動并不是靠風推，而是靠升力像飛機翅膀一樣

風力發電機的葉片從地面看上去給人的感覺較小，但實際上這些葉片很大。普通的風電葉片都有40多米長，而目前最大的風電葉片長度已經超過100米，遠超過大型客機的機翼長度。那么風是如何帶動如此巨大的葉片旋轉的呢？

其實，風并非“推”動風輪葉片，而是由于葉片橫截面的形狀上下不對稱，風在通過葉片上方的時候流速大,通過下方的時候流速小。這就會導致葉片上方的壓強小,下方的壓強大，形成葉片上下面的壓差，這種壓差會產生升力，令風輪旋轉。

風力發電的輸出

風力發電機因風量不穩定，故其輸出的是 13～25V 變化的交流電，須經充電器整流，再對 蓄電瓶充電， 使風力發電機產生的電能變成化學能。 然后用有保護電路的逆變電源， 把電瓶 里的化學能轉變成交流 220V 市電，才能保證穩定使用。

03 風機的機構

風力發電機組是由風輪、傳動系統、偏航系統、液壓系統、制動系統、發電機、控制與安全系統、機艙、塔架和基礎等組成。

（1）葉片：葉片是吸收風能的單元，用于將空氣的動能轉換為葉輪轉動的機械能。

（2）變漿系統：變漿系統通過改變葉片的槳距角，使葉片在不同風速時處于最佳的吸收風能的狀態，當風速超過切出風速時，使葉片順槳剎車。

（3）齒輪箱：齒輪箱是將風輪在風力作用下所產生的動力傳遞給發電機，并使其得到相應的轉速。

（4）發電機：發電機是將葉輪轉動的機械動能轉換為電能的部件。轉子與變頻器連接，可向轉子回路提供可調頻率的電壓，輸出轉速可以在同步轉速±30%范圍內調節。

（5）偏航系統：偏航系統采用主動對風齒輪驅動形式，與控制系統相配合，使葉輪始終處于迎風狀態，充分利用風能，提高發電效率。同時提供必要的鎖緊力矩，以保障機組安全運行。

（6）輪轂系統：輪轂的作用是將葉片固定在一起，并且承受葉片上傳遞的各種載荷，然后傳遞到發電機轉動軸上。輪轂結構是3個放射形喇叭口擬合在一起的。

風力發電機的工作原理是通過風力推動葉輪旋轉，再通過傳動系統增速來達到發電機的轉速后來驅動發電機發電，有效的將風能轉化成電能。

04 風力發電機組的分類及其特點

風力發電機組主要由兩大部分組成：

風力機部分――它將風能轉換為機械能

發電機部分――它將機械能轉換為電能

根據風機這兩大部分采用的不同結構類型、以及它們分別采用的技術方案的不同特征，再加上它們的不同組合，風力發電機組可以有多種多樣的分類。

1. 如依風機旋轉主軸的方向（即主軸與地面相對位置）分類，可分為：

“水平軸式風機”――轉動軸與地面平行，葉輪需隨風向變化而調整位置；

“垂直軸式風機”――轉動軸與地面垂直，設計較簡單，葉輪不必隨風向改變而調整方向。

2. 根據槳葉接受風能的功率調節方式可分為：

“定槳距（失速型）機組”――槳葉與輪轂的連接是固定的。當風速變化時，槳葉的迎風角度不能隨之變化。由于定槳距（失速型）機組結構簡單、性能可靠，在20年來的風能開發利用中一直占據主導地位。

“變槳距機組”――葉片可以繞葉片中心軸旋轉，使葉片攻角可在一定范圍內（一般０－９０度）調節變化，其性能比定槳距型提高許多，但結構也趨于復雜，現多用于大型機組上。

3. 按照葉輪轉速是否恒定可分為：

“恒速風力發電機組”――設計簡單可靠，造價低，維護量少，直接并網；缺點是：氣動效率低，結構載荷高，給電網造成電網波動，從電網吸收無功功率。

“變速風力發電機組”――氣動效率高，機械應力小，功率波動小，成本效率高，支撐結構輕。缺點是：功率對電壓降敏感，電氣設備的價格較高，維護量大?，F常用于大容量的主力機型。

4. 根據風力發電機組的發電機類型分類，可分為兩大類：

“異步發電機型” “同步發電機型”

異步發電機按其轉子結構不同又可分為：

（1）籠型異步發電機――轉子為籠型。由于結構簡單可靠、廉價、易于接入電網，而在小、中型機組中得到大量的使用；

（2）繞線式雙饋異步發電機――轉子為線繞型。定子與電網直接連接輸送電能，同時繞線式轉子也經過變頻器控制向電網輸送有功或無功功率。

同步發電機型按其產生旋轉磁場的磁極的類型又可分為：

（1）電勵磁同步發電機――轉子為線繞凸極式磁極，由外接直流電流激磁來產生磁場。

（2）永磁同步發電機――轉子為鐵氧體材料制造的永磁體磁極，通常為低速多極式，不用外界激磁，簡化了發電機結構，因而具有多種優勢。

5. 如根據風機的額定功率化分，一般可分為：

微型機：10 kW以下

小型機：10 kW至100 kW

中型機：100 kW 至1000 kW

大型機：1000 kW 以上（MW級風機）

05 什么是風力發電場？

風力發電場（簡稱風電場），是將多臺大型并網式的風力發電機安裝在風能資源好的場地，按照地形和主風向排成陣列，組成機群向電網供電。風力發電機就像種莊稼一樣排列在地面上，故形象地稱為“風力田”。風力發電場于 20 世紀 80 年代初在美國的加利福尼亞州興起，現在被全世界大力發展風電的各個國家廣泛采用。

風電場的風力發電機相互之間需要有足夠的距離，以免造成過強的湍流相互影響，或由于"尾流效應"而嚴重減低后排風電機的功率輸出。為了配合運送大型設備（特別是葉片）到安裝現場，須要建設道路。另外亦須要建設輸電線，把風電場的輸出連接到電網接入點。

06 風電場的組成以及風電場的建造要求

風電場組成包含：

風電機群集電部分升壓變電站(陸上可能多于一級升壓，海上可能有集控中心)升壓變壓器無功補償裝置（電容器、電抗器、靜止無功補償裝置、濾波器）風電場管理系統

風電場的建造要求：

風能質量要高。

風力發電場的場址的首要條件必須風能資源豐富。年平均風速在5m/s以上，30m高處的有效風力時數在6000h以上，有效風能密度在240w/m^2以上時才適合建設大型風電場。其實，影響風能質量的因素有年平均風速、平均風功率密度、風頻分布、有效風速可利用小時數、風向穩定度等。

風力發電場的場址盛行風向穩定。風向穩定不僅可以增大風能利用率，還可以延長風機壽命。

風力發電場湍流程度要小。風是隨機的，并受場地表面粗糙度和附近障礙物的影響。風場湍流的形成一般是由于風道過于粗糙、或者因障礙物而產生的風速及風向的急劇變化而引起的。它不僅會影響風力發電機的出力，還會使風力發電機產生振動和受載不均，降低風力發電機使用壽命，嚴重時還會造成槳葉飛出的事故。

風力發電場址的自然災害要少。強風、冰雹、雷暴、地震等都會對風力發電機等造成影響。社會自然條件、風力發電場址的地勢要較平坦，地質條件要好，以便進行土建施工。

交通便利。要考慮擬建風電場的設備供應和主要建筑材料運輸是否便利。是否利于大型吊車、平板車的施工、運輸等。

風電場應盡可能接近電網接入點。如:靠近現有的10KV和66KV變電所和線路，以減少電能損耗和送出工程的費用。盡量少占耕地，減少生態破壞。

周圍環境。風電場的建設一般會對飛禽及鳥類正常生活和遷徙有影響，為保護生態，場址應盡量避開鳥類飛行路線、候鳥及動物棲息地等，遠離自然保護區、軍事設施、人口密集地區等。海上風電選址要求：根據國家能源局和國家海洋局聯合印發的《海上風電開發建設管理暫行辦法實施細則》進行實施。例如：海上風電場原則上應在離岸距離不少于10公里、灘涂寬度超過10公里時海域水深不得少于10米的海域布局。在各種海洋自然保護區、海洋特別保護區、重要漁業水域、典型海洋生態系統、河口、海灣、自然歷史遺跡保護區等敏感海域，不得規劃布局海上風電場等。

07 發展風力發電具有什么優缺點？

優點：

清潔，環境效益好可再生，永不枯竭基建周期短裝機規模靈活

風能永遠不會枯竭，利用風能發電可以減少環境污染，降低碳排量，符合我們國家現行的低碳生活的理念，而且風電裝機靈活，建造周期也短，不需要一次性投入建造完成，可以分批次，分周期建造，也利于風電企業更好的發展。

缺點：

噪聲，視覺污染占用大片土地不穩定，不可控成本仍然很高影響鳥類

風電場的建造需要大量的土地，并且一旦風電場建造完畢，這些土地就不可挪作他用，在一些土地匱乏的地方無疑是一種變相的浪費。而且風電場風機數量多，一些在山區，草原建造的風電場會對鳥類造成傷害，對生態有一定的影響。

08 為什么說風能是一種綠色能源？

風能是一種干凈的自然能源，沒有常規能源（如煤電，油電）與核電會造成環境污染的問題。平均每裝一臺單機容量為1兆瓦的風能發電機，每年可以減排2000噸二氧化碳（相當于種植1平方英里的樹木）、10噸二氧化硫、6噸二氧化氮。風能產生1兆瓦小時的電量可以減少0.8到0.9噸的溫室氣體，相當于煤或礦物燃料一年產生的氣體量。而且風機不會危害鳥類和其它野生動物。

在常規能源告急和全球生態環境惡化的雙重壓力下，風能作為一種高效清潔的新能源有著巨大的發展潛力。

09 風電會致死更多鳥類？

全球變暖對鳥類存在致命影響?！犊茖W》期刊上的一項研究指出，受氣候變化、棲息地減少等主要原因影響，自1970年來，北美洲鳥類數量減少了約29%，相當于近30億只。

在過去100年中，美國莫哈韋沙漠的溫度上升了大約2℃，氣候變暖讓鳥類的種群豐富性急劇衰減。英國《皇家學會生物學分會學報》論文稱，氣候變化正在影響鳥類免疫系統，致使鳥類出現新的疾病。

風電通過取代化石燃料減緩氣候變化，可以大大改善鳥類的生存環境，進而降低全球鳥類的死亡率。依據國際可再生能源署（IRENA）和國際能源署（IEA）的情境分析，全球每年至少需要新增180GW風電裝機，才能實現將溫升控制在相對于工業化前水平2℃以內。

事實上，風電不會對鳥類種群構成威脅，其利遠大于弊。根據美國魚類和野生動物服務局統計，按原因分類的北美年度鳥類死亡率由高到低排序分別是：家貓（24億只），建筑玻璃（5.99億只），汽車碰撞（2.15億只），電力線碰撞（2550萬只），通訊塔（660萬），油坑（75萬）和風力發電機（234,000）。計算可知，真正因風電導致鳥類死亡的數量只有全部的0.007%。

當前，風電行業也正在通過高精度光學技術與人工智能結合探測鳥類活動、改變機組葉片顏色等方式，致力于進一步降低鳥類死亡率。

10 海上風電具有什么優勢

★ 海上風資源較陸上更好，離岸10千米的海上風速通常比沿岸高20%，同時海上很少有靜風期

★ 海上風電不占用寶貴的土地資源，不擾民

★ 海上風電單機裝機容量更大，掃風面積更大，風資源利用更充分

★ 沿海地區電力需求量大，有助加速沿海地區的能源轉型

11 風機轉一圈能發幾度電

目前主流風機的單機容量從1.5兆瓦到10兆瓦不等，未來可能會更大，相對來說小容量的都在陸地上，大容量的都在海里。當然，容量越大，同等情況下發電越多。

以2兆瓦的風力發電機組為例：葉片長50-60米左右，以額定轉速運行，轉動一圈約4秒鐘，葉尖速度可達280多公里/時，堪比高鐵速度，葉輪轉動一圈約發2.2度電。

12 一度電能做什么

一度電

可以讓25瓦的臺燈點亮40小時

讓手機充電100多次

讓吸塵器把房間打掃5遍

讓150瓦的洗衣機運轉近7小時

讓66瓦的冰箱運轉15小時

可供一臺普通電扇運行15個小時

可供一臺普通空調運行1.5小時

可以使電動自行車跑80公里

可以生產15瓶啤酒

13 影響風電發展的因素及風電未來的發展

（1）國家能源局指出，在棄風率高于20%的地區，將不再安排新的風電建設規模。這一舉措導致新疆、甘肅地區近幾年已暫停風電建設。同時，國家能源局在2016年推行了風電投資監測預警機制，預警顏色按紅、橙、 藍三色表示，紅色區域即為暫停風電開發建設的區域。2019年，甘肅、新疆均為紅色預警區。

（2）由于陸上風電標桿上網電價被改為指導價，新核準的集中式陸上風電項目上網電價全部通過競價的方式確定，且不得高于項目所在風能資源區的指導價。平價上網政策的推行與國家補貼政策的取消，使得新開發的風電場面臨新的技術考驗與開發難度進一步加大。

（3）西北地區的電力消納能力有限，且風電分布比較集中，對外輸送有賴于特高壓、超高壓輸電線路建設。西北地區每年風電的棄風率較高，影響到風電裝機容量的增長。

（4）海上風能資源稟賦優越，近幾年以及未來將成為產業發展的一個重點。這使得深居內陸的西北地區的風電裝機在全國的占比逐漸減小。

（5）土地管理制度實施以后，受到耕地紅線不能動、林地不能建等限制，西北地區可開發的風能資源進一步減少。

未來風電將會占比越來越大：十四五又有許多新的風電基地開始興建，例如晉能集團的簽約的新疆300萬千瓦風、光項目、內蒙古杭錦旗的風電項目。后期隨著這些項目不斷的落地，風電的成本也在不斷降低，風電也將進一步得到發展。

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來源：天府睿道

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