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1、风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。 风力发电正在世界上形成一股热潮，为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。 风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；我国也在西部地区大力提倡。小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：风力发电机充电器数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机
2、头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。 风力发电机因风量不稳定，故其输出的是1325V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。 通常人们认为，风力发电的功率完全由风力发电机的功率决定，总想选购大一点的风力发电机，而这是不正确的。目前的风力发电机只是给电瓶充电，而由电瓶把电能贮存起来，人们最终使用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系。功率的大小更主要取决于风量的大小，而不仅是机头功率的大小。在内地，小的风力发电机会比大的更合
3、适。因为它更容易被小风量带动而发电，持续不断的小风，会比一时狂风更能供给较大的能量。当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能，也就是说一台200W风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合使用，获得500W甚至1000W乃至更大的功率出。 使用风力发电机，就是源源不断地把风能变成我们家庭使用的标准市电，其节约的程度是明显的，一个家庭一年的用电只需20元电瓶液的代价。而现在的风力发电机比几年前的性能有很大改进，以前只是在少数边远地区使用，风力发电机接一个15W的灯泡直接用电，一明一暗并会经常损坏灯泡。而现在由于技术进步，采用先进的充电器、逆变器，风力发电成为有一定科技含量的小系统，并能在一定条件下
4、代替正常的市电。山区可以借此系统做一个常年不花钱的路灯；高速公路可用它做夜晚的路标灯；山区的孩子可以在日光灯下晚自习；城市小高层楼顶也可用风力电机，这不但节约而且是真正绿色电源。家庭用风力发电机，不但可以防止停电，而且还能增加生活情趣。在旅游景区、边防、学校、部队乃至落后的山区，风力发电机正在成为人们的采购热点。无线电爱好者可用自己的技术在风力发电方面为山区人民服务，使人们看电视及照明用电与城市同步，也能使自己劳动致富。虽然垂直轴风力涡轮机可以用于小型涡轮机，也可以用于在农村地区泵水，但所有商业生产的大规模风力涡轮机都是水平轴风力涡轮机(HAWT)。 GNU供图；照片拍摄者：基特康恩加利福尼亚
5、的一个风力发电场正如其名字的含义，水平轴风力涡轮机的转轴是水平安装的，与地面平行。水平轴风力涡轮机需要使用偏航调整装置时刻根据风向进行调整。偏航系统通常包括电机和变速箱，用于缓慢左右移动整个转子。涡轮机的电子控制器读取风向标设备（机械或电子风向标）的位置，并调整转子位置以尽量捕获最大的风能。水平轴风力涡轮机使用塔架将涡轮机组件上升到最适合风速的高度（这样叶片便不会碰到地面），并且占用非常少的地面空间，因为几乎所有组件都在高达80米的空中。 大型水平轴风力涡轮机组件： 转子叶片捕获风能并将其转换为转轴的转动能 转轴将转动能转移到发电机内 发动机箱一个箱子，其中包含： 变速箱用于增加转子中心和发电
6、机之间的转轴速度 发电机利用转轴的转动能，通过电磁性发电 电子控制装置（未显示）监视系统，用于在出现故障时关闭涡轮和控制偏航装置。 偏航控制器（未显示）移动转子使其与风向保持一致 制动装置在出现电力超载或系统故障时停止转轴旋转。 塔架支撑转子和发动机箱，并将整个装置上升到更高位置，使叶片不会碰到地面。 电力设备从发电机向下通过塔架输送电流，还可控制涡轮机的多个安全部件 从开始通过风力发电，到最后将电传送给需要的人，整个过程如下面的示意图所示：与主要依赖风力推动叶片运动的老式荷兰风车设计不同，现代涡轮机使用更复杂的空气动力学原理以最有效地捕获风能。风力涡轮机转子中的两个主要空气动力是上升力（与风
7、向垂直作用）和阻力（与风向平行作用）。 涡轮叶片的形状非常像飞机翅膀它们使用了机翼设计。在机翼中，叶片的一面略有弧度，而另一面则相对较平。上升是非常复杂的现象，实际上可能只有数学或物理学博士才能完全领会。不过我们可以这样来简单解释上升现象：当风沿着顺风的叶片弧面经过时，它必须加快速度才能及时到达叶片末端，以追上从叶片逆风的较平面上（也就是面朝风吹来的方向）经过的风。由于移动速度较快的空气将在大气中上升，顺风的弧面上将出现低压团。低压区域向顺风方向吸引叶片，此称为“上升”效应。在叶片的逆风面，风速较慢，产生推动叶片的较高压力区域，使其减速。和机翼设计类似，高升阻比对于设计高效涡轮叶片至关重要。涡
8、轮叶片呈螺旋状，这样便始终可呈现出利用理想升阻力比的角度。有关上升力、阻力和机翼空气动力学的更多信息，请参见飞机如何飞上蓝天。 空气动力学不是制造高效风力涡轮机的唯一设计考虑。尺寸也很重要涡轮叶片越长（因此转子直径越大），涡轮可从风中捕获的能量越多，发电容量也就越大。通常，将转子直径加倍，可将能量输出提高至原来的四倍。但是，在某些情况下，如在风速较低的地区，直径较小的转子可以比直径较大的转子产生更多能量，因为较小的装置用于转动较小发电机的风能较少，因此涡轮机可以几乎一直以满功率运行。塔架高度也是影响发电容量的一个主要因素。涡轮越高，所能捕获的能量越多，因为风速随高度提升而增加地面摩擦和地面物体
9、会阻碍风的流动。科学家估计高度每上升一倍，风速增加12%。 要计算涡轮机实际从风中产生的能量多少，您需要知道涡轮机所在地点的风速和涡轮机功率。多数大型涡轮机在风速约15米/秒(33mph)的情况下可产生最大能量。考虑到在风速稳定的情况下，转子直径决定涡轮机可产生的能量多少。请记住，随着转子直径增加，塔架高度也会增加，这意味着将接触到速度更快的风。 转子大小和最大输出功率转子直径（米）输出功率 (kW)1025171002722533300405004460048750541000641500722000802500资料来源：丹麦风电行业协会、美国风能协会 在风速为33mph（约15米/秒）的情
10、况下，多数大型涡轮机能够达到其额定功率，在45mph（20米/秒）下，多数大型涡轮机关闭。有许多可在风速威胁结构时关闭涡轮机的安全系统，其中包括一种部分涡轮机所用的非常简单的振动传感器，这类传感器的基本组成是一个位于小底座上的与链条相连的金属球。如果涡轮机的振动开始超过某个阈值，球将从底座上落下，拉动链条并触发关闭。 涡轮机中最常用的敏感性安全系统可能是受超过阈值的风速触发的“制动”系统。这些装置使用电源控制系统，当风速过高时启动制动装置，当风速下降低于45mph（20米/秒）时“松开制动装置”。现代大型涡轮机设计使用多种不同类型的制动系统： 角度控制涡轮机的电子控制器监视涡轮的功率输出。当风
11、速高于45mph（20米/秒）时，输出功率将过高，此时控制器通知叶片改变角度，使叶片与风向不一致。这样做可以减慢叶片的转动。角度控制系统要求（转子上的）叶片安装角度是可调整的。 被动停止控制叶片以固定角度安装在转子上，但设计使得叶片中的扭曲角度可在风速过高时对叶片进行制动。叶片具有一个特殊的角度，可在风速超过某一值时导致叶片的逆风面产生湍流，从而使叶片停止转动。简单来说，当面对风向的叶片角度过陡，以至于开始消除上升力，从而降低叶片速度时，空气动力学作用将停止。 主动停止控制这种功率控制系统的叶片可以调整角度，类似角度控制系统中的叶片。主动停止系统按照角度控制系统的方式读取功率输出，但不是调整叶片角度使其与风向不一致，而是调整角度使它们停止转动。 1
