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1、小型风力发电机入门历史 在美国相当长的时间里，风能一直是一个重要的能量来源。机械风车是两个“高科技”的发明之一（另一个是带刺的铁丝网），这促进了我们的西部边界在18世纪后期的发展。自从1860年，超过800万的机械风车已安装在美国，有些风车已运行了超过一百年。早在1920年和1930年，整个中西部地区一些农家已经使用200-3000瓦风力发电机来供应电灯、收音机和厨房用具等。 在70年代末和80年代初，风能作为一种可以解决能源危机的办法，再次受到关注。作为用户和农民的期待，小型风力发电机以各种电力生产可再生能源的替代品，成为最符合成本效益的技术，其成本也在减小。在1976-1985年之间，税收
2、抵免和良好的联合条例（PURPA），使人们把4500多个小型、1-25万千瓦的风力系统安装到个人家庭里。另外1000个风力系统在同一时期也被安装在各种远程应用上。小型风力发电机被安装在所有的五十个州。然而，没有一个小型风力发电机组的国有大公司致力于长期的市场发展，因此，在1985年年底，当联合政府税收抵免过期，石油价格下降到10美元每桶的两个月后，大部分的小型风力发电机组行业再次消失了。有些公司认为，这幸存的“市场调节” ，在生产小型风力发电机组的今天，那些机器是最可靠的，其声誉是最好的。 成本因素 在很多方面光伏技术是一个有吸引力的技术，但成本因素是考虑的问题之一。那些在家庭、事业、或远程设
3、施等方面有需要的用户，功率超过100-200瓦的小型风力发电机，可能是一个有吸引力的替代方式。举例来说，在50瓦特规模水平，某小型风力发电机组的费用约为8.00美元/瓦特，相比约为光伏模块6.00美元/瓦特。这就是为什么对于很小的负载光伏技术的费用较低的原因。不过，由于该系统规模较大，这个“经验规则”推翻了自己。在300瓦特风力发电机组的成本下跌至2.50美元/瓦特时（1.50美元/瓦特在西南空气风能事件中） ，而光电成本仍然为6.00美元/瓦特 。1500瓦特风力系统的成本下降到2.00美元/瓦特，一个10000瓦特的风力发电机的成本（不包括电子产品）下跌至1.50美元/瓦特 。光伏和风能在
4、监管和控制方面的成本，基本上是相同的。出人意料的是，风力发电机的塔的成本，相当于光伏架子和追踪系统的成本。因为有大量的连接，所以光伏系统的线路接线的成本通常较高。 对于连接到公用电网的用户，小型风力发电机，通常是最好的“下一步”，毕竟其保护和效率等方面已经有所改善。一个典型的家庭每月消耗用电800-2000千瓦时和4-10千瓦风力发电机或光伏系统，以满足家庭需求。在这种情况下，风力发电机已不再昂贵。 可靠性 在过去，可靠性是小型风力发电机组产品的“要害”。在70年代末，为了提高其可靠性，所以对小型发电机进行了良好的设计。今天的产品，在先进的技术上超过了早先的技术，可靠性也大致增加了。小型发电机
5、，现在可运作5年或更长时间，甚至在环境恶劣的地方，也不需要维修或检查，担保可使用5年。这个系统的可靠性和运行成本与光伏系统是一样的。 风能 风能是地球表面受热不均匀所产生的太阳能的一种形式。最好的风能资源在海岸沿线、山上、北部各州，但是在大多数地区都能发现这种可用的风力资源。作为一个动力源，风能比太阳能较难预测，但通常它在一天内能供应更多的时间。风能资源因为受地形及其他因素的影响，使它比太阳能更方便获得。例如，在丘陵地形，你和你的邻居，有可能接收到完全相同的太阳能资源。但因为你居住在很好的位置上，是一个能更好的接触到当时风向的地方，你就能比你的邻居接收到更好的风能资源，反过来说，如果你的位置是
6、沟壑或背风面的山，你的风能资源利用就要大大降低。在这种情况下，与太阳能相比，应该更周密的考虑风能。 风能是遵循季节性模式的，在冬季的月份很高而在夏季的几个月却很低。这和太阳能刚刚相反。基于这个原因，在混合动力系统中风能和太阳能系统协同工作。这些混合的系统为小型风能制造商们提供了一个更细分的市场光伏系统，以扩展他们的风能系统。 风力发电机 大部分风力发电机是水平轴螺旋桨式系统。垂直轴系统，如S -转子式萨沃纽斯型系统，已被证明是很昂贵的。横向轴风力发电机一般包括一个螺旋桨，一台发电机，一个主机和一个尾舵。螺旋桨将获取的风能转换成旋转运动，以驱动发电机。螺旋桨通常由两个或三个叶片组成。由三个叶片组
7、成的系统比两个叶片的更有效率，运行更平稳，但他们需要的成本更多。叶片通常是由木料或玻璃纤维制成，因为这些材料中有它需要的结合强度和柔韧性（他们不干扰电视信号） 。 发电机通常是为风力发电机组专门设计的。永磁交流发电机因为他们无需实地绕组而广受欢迎。低速直接驱动发电机的一个重要特征是系统使用了一般尚未可靠的变速箱或带。主机是风力发电机的重要结构之一，它包括用来连接旋转（通过这点，可以改变风向）的风力发电机和固定接线线路的“滑环”。尾部排列的转子可以是防护超速的一部分。 风力发电机产品的开发是很困难的，而且许多早期的系统也不是很可靠。光伏模块是很可靠的，因为通常它没有任何运动部件，在以后光伏组件将
8、越来越可靠。在一方面，一个风力发电机必须有运动部件和可靠性，一个机器的特性是由工程和设计的技术层次决定的。在另一方面，从一个系统到另外一个系统，在可靠性、耐用性和期望寿命等方面上存在很大差异，这给经常工作在太阳能组件的经销商和顾客上了一课。 塔架 一个风力发电机必须能够高效率地运行。湍流是最接近地面的。此外，风速随高度的增加而增加。经验之谈，你应该根据每个风力发电机的特点为风力发电机安装一个适合的塔架。为了让风轮在地面上较高的风速带中运行，需要用塔架把风轮支撑起来。举例来说，1 250瓦特发电机往往是被安装在一个30-50英尺的塔架上，而10千瓦发电机通常会需要一个80-120英尺的塔架。我们
9、不推荐在人们居住的小型建筑上安装风力发电机，因为湍流、噪音和振动是一直存在的问题。最便宜的塔架是拉线塔，例如那些常用于无线电的天线。规模较小的拉线塔往往建造成管状。自支撑塔架一般建成格子状或管状，占用更少的空间，更具有吸引力，但它们也更昂贵。塔架所用材料一般是木杆或铁管，也可以采用钢材做成的桁架结构。电话线的连接杆结构也可用于规模较小的风力发电机。塔架，尤其是拉线塔，可铰接适当的装备上，用绞车或车辆让他们倾斜向上或向下。所有地面的工作都要做。一些塔架和发电机可以由买方很容易地设置，而有些则是最好交由受过训练的专业人员做。不论选择什么样的塔架，目的是使风轮获得较大风速，同时还必须考虑成本。塔架通
10、常是有风力发电机的制造商所提供的，以确保适当的适应性。 远程系统设备 作为远程系统设备，系统平衡设备被小型风力发电机组所使用着。大部分风力发电机组需要对电池充电储存方面进行设计，以防止充电过度而造成不必要的损失。目前采用最多的储能方法是利用蓄电池把电能储存起来。该调节器是专门为特定发电机设计的。光伏调节器一般不适合小型风力发电机组的使用，因为设计他们不是来处理和发现发电机的电压和电流的变化的。调节器的生产通常与直流源中心有关系，它也可以作为其它直流源、负载及电池的连接点。光伏系统和风能系统的混合动力系统通过把单独的监管机构连接到直流源中心，但没有特别的管制措施。小型风力发电机的一般经验规则是蓄
11、电池至少应为最高可再生能源的充电电流的6倍，包括任何光伏要素。 做你自己的公司 在1978年，PURPA联合条例通过，允许你为你的房子或工作连接一个合适的可再生能源供电的发电机，以减少你对公用供电的消费。法律同意规定购买任何额外的电力，在价格上（避免成本） 通常低于电力的零售成本。在约一半的国家有“净能量计费选项”，小系统是允许运行反向计量的，所以过剩的产量使他们得到足够的零售费率。由于为保持特殊的手工处理客户帐户和净能源帐单，过高的间接费用其实是没必要的。这些系统不使用电池。风力发电机组的蓄电是由整流换向逆变器和感应发电机相互协调的。然后其电能连接到家庭的机器面板上的专用断路器上，就像一个大
12、型家电。当风力发电机组没有运行，或者它不够提供这个屋子所需要的电力时，需要的电力由蓄电池提供。同样，如果发电机产生的电能超过了房子的电能消耗，多余的电能就会即刻存到相应的地方。实际上，作为一个非常大的电池储备装置，蓄电池作为风力发电机组的一个负面的负荷。经过200000000小时的相互运作，我们现在知道小互联风力发电机是安全可靠，也不会干预用户的任何设备，其成功地运作也不需要任何特别的安全设备。 在20世纪80年代初，到税收抵免的时候全国各地数以百计的用户安装了4-12千瓦的风力发电机组，现在每月电费为8-30美元 ，而他们的邻居电费的范围在100-200美元不等。当然这个问题是这些税收抵免早
13、已远去的时候，大部分房主并没有觉得一个合适的风力发电机的成本是昂贵的。举例来说，10千瓦的发电机（对家庭用户来说最常见的配置） ，通常的安装费用为28000-35000美元。对于那些支付12美分/千瓦小时或更多，平均风速每小时10英里或风速更高的地区（能源部2级） ，且有较大的土地使用权（发电机大）的用户来说，一个家用发电机肯定是值得考虑的。投资回收期一般是8-16年，有些风力发电机是过去30年或更早时间设计的，所以投入的资金可以收回。 效果 一个风力发电机的额定功率不是比较一个产品和下一个产品的好的因素。这是因为制造商可以根据风速来自由选择发电机的额定速度。如果额定风速不一样，那么两个产品相
14、比较是有误导之嫌的。幸运的是，美国风能协会已经通过了一个评价能源生产性能的标准方法。遵循AWEA标准的制造商将提供在各年度平均风速时每年的能源输出（AEO）的资料。每年能源输出的数据就像环保局为你的车估计气体英里数一样，他们让你公平的比较产品，但他们不告诉你实际你要做些什么（“你们的表现可能有所不同”）。 能源部门已为美国编制了风力资源地图。这些地图显示的PC资源意味着平均风速可能会在一定幅度内浮动。PC越高其资源更好。这种情况可能是因为地形的影响。能源部的地图显示开放式的地形相当不错，但在丘陵或山区，他们必须谨慎使用。风力资源是指一个标准风速传感器的高度为33英尺（ 10米） ，因此你在使用
15、制造商所提供的AEO资料之前，必须通过平均风速校准风塔的高度。风力发电机制造商通常可以在几乎任何地点为他们的发电机提供电脑辅助的效果预测。 作为一个风能经验法则，当远程应用超过每小时8英里（大部分，但不是全部，第1级和所有其他级）和每小时10英里（第2级或更高）时应考虑你的平均风速。如果你住在一个不是多丘陵的地区，在你的位置上能源部风能资源地图可以清楚地准确地计算出预期的风力发电机的效果。在复杂地形时，该位置上的判断也必须用这种效果预测来调整平均风速。在大多数情况下，安装一个小型风力发电机组是没有必要记录监测到的同一风速的。但在某些情况下，它是值得花费300-1000美元并等待一年来做一个风力
16、调查的。制造商和设备商能够帮助你理清这些问题。 如何使用风力发电机 安装一个风力发电机比安装太阳能电池板复杂，但他们仍然是你的能源替代体系中相对容易弄的。发电机需要安装在一个风的流量不受阻碍的领域（附近的建筑物，树木等）。 一些小型发电机可以安装在你的房子的顶楼，但发电机产生的振动可能被转移至建设的框架。安装在屋顶的发电机经常与橡胶减振装置配合使用，以减少振动这方面的问题。但是作为一般规则，在更高的空中你可以让你的风力发电机组更有效地发挥，所以拉线塔是推荐的安装系统。各种各样的塔的高度和风格使得您会找到一个安装套件，以满足您的需要。 当安装的风力发电机的控制系统和线路时，了解风力发电机和太阳能电池板这两个的根本性分歧是很重要的： 整流器：太阳能电池板能产生电力所需的直流电（DC），并能在没有造成损害的情况下直接连接到电池存储机构。风力发电机不能产生直流电，所以有被称为“整流器”的装置来把发电机的输出电流转换成直流。 一些发电机有一种
