它是一種取之不盡、用之不竭、無(wú)污染的可再生能源。近年來(lái)，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展迅速，風(fēng)力發(fā)電機(jī)也在不斷發(fā)展。本文主要講述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的分類和特點(diǎn)。

首先，根據(jù)風(fēng)力渦輪機(jī)和葉片的分類，

根據(jù)主軸的方向，可分為水平軸風(fēng)力機(jī)和垂直軸風(fēng)力機(jī)。

01水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)

轉(zhuǎn)軸與葉片垂直，一般與地面平行，轉(zhuǎn)軸水平。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)相對(duì)于垂直軸發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn):葉片旋轉(zhuǎn)大空，轉(zhuǎn)速高，適合大型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)展歷史悠久，已經(jīng)完全達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，比垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)效率高。到目前為止，所有用于發(fā)電的風(fēng)力發(fā)電機(jī)都是水平軸，沒(méi)有商業(yè)垂直軸。

02垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)

旋轉(zhuǎn)軸平行于葉片，通常垂直于地面風(fēng)，旋轉(zhuǎn)軸垂直于風(fēng)力渦輪機(jī)。與水平軸發(fā)電機(jī)相比，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是:發(fā)電效率高，不需要轉(zhuǎn)風(fēng)，葉片轉(zhuǎn)速小空，抗風(fēng)能力強(qiáng)(可抗12-14級(jí)臺(tái)風(fēng))，啟動(dòng)風(fēng)速小，維護(hù)簡(jiǎn)單。

與水平風(fēng)力機(jī)相比，垂直軸有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):一是在相同風(fēng)速下，垂直軸的發(fā)電效率高于水平風(fēng)力機(jī)，特別是在低風(fēng)速地區(qū)；第二，在高風(fēng)速區(qū)域，垂直軸風(fēng)力機(jī)比水平軸風(fēng)力機(jī)更安全、更穩(wěn)定；此外，國(guó)內(nèi)外大量案例證明，在城市地區(qū)，水平風(fēng)輪機(jī)往往不旋轉(zhuǎn)，在我國(guó)北方、西北等高風(fēng)速地區(qū)，風(fēng)輪機(jī)經(jīng)常發(fā)生斷裂、脫落，對(duì)道路上的行人和車(chē)輛造成傷害。

二、按產(chǎn)出能力分類

風(fēng)力發(fā)電機(jī)可分為小、中、大、兆瓦系列。

(1)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)是指發(fā)電機(jī)容量為0.1~1kw的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

(2)中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)是指發(fā)電機(jī)容量為1 ~ 100千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

(3)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)是指發(fā)電機(jī)容量為100~1000kw的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

(4)兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)是指發(fā)電機(jī)容量在1000千瓦以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

三、按風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分類的功率調(diào)節(jié)方式

可分為定槳距調(diào)速型、變槳距型、主動(dòng)失速型和獨(dú)立變槳距型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

01固定螺距失速風(fēng)扇

葉片與輪轂固定連接，葉片迎風(fēng)角度不隨風(fēng)速變化。自動(dòng)失速取決于葉片的氣動(dòng)特性，即當(dāng)風(fēng)速大于額定風(fēng)速時(shí)，葉片的失速特性保持輸入功率基本不變。

02可變螺距調(diào)節(jié)

當(dāng)風(fēng)速低于額定風(fēng)速時(shí)，確保葉片處于最佳攻角，以獲得最大風(fēng)能；當(dāng)風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，變槳系統(tǒng)減小葉片攻角，保證輸出功率在額定范圍內(nèi)。

03主動(dòng)失速調(diào)節(jié)

當(dāng)風(fēng)速低于額定風(fēng)速時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)速分為若干級(jí)，控制精度低于變槳距控制；當(dāng)風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，槳距控制系統(tǒng)通過(guò)增大葉片攻角使葉片失速，限制了風(fēng)輪吸收功率的增加。

04獨(dú)立變槳控制風(fēng)力渦輪機(jī)

由于葉片尺寸較大，每個(gè)葉片都有十幾噸甚至幾十噸，葉片運(yùn)行位置不同，因此葉片中立性對(duì)風(fēng)輪扭矩的影響不容忽視。通過(guò)獨(dú)立控制三片葉片，可以大大降低風(fēng)力機(jī)葉片載荷和扭矩的波動(dòng)，進(jìn)而降低傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和齒輪箱的疲勞程度，降低塔架的振動(dòng)，在額定功率率附近輸出功率基本不變。

四、按機(jī)械形式分離發(fā)電機(jī)分類

它可以分為帶齒輪箱的風(fēng)力渦輪機(jī)、無(wú)齒輪風(fēng)力渦輪機(jī)和混合驅(qū)動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)。

01帶齒輪箱的風(fēng)力渦輪機(jī)

由于葉尖速度的限制，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速一般較慢。當(dāng)風(fēng)輪直徑超過(guò)100米時(shí)，風(fēng)輪速度為15r/min或更低。為了減小發(fā)電機(jī)的尺寸，發(fā)電機(jī)的輸入速度必須更高。這時(shí)必須用變速箱使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速達(dá)到1500/min或3000/min，這樣發(fā)電機(jī)的尺寸才能設(shè)計(jì)得盡可能小。

02無(wú)齒輪發(fā)電機(jī)

具有葉輪和發(fā)電機(jī)直接連接在一起的結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)成為沒(méi)有齒輪箱的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于沒(méi)有齒輪箱，制造和維護(hù)方便，因此有可能開(kāi)發(fā)出沒(méi)有齒輪箱的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，并在未來(lái)的海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)上使用。

03混合驅(qū)動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)

混合驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用一級(jí)齒輪傳動(dòng)，齒輪箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高。隨著點(diǎn)擊速度的增加，點(diǎn)擊尺寸和重量比普通直接驅(qū)動(dòng)單元更小更輕。因此，這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有直燃式風(fēng)力發(fā)電機(jī)、體積小、重量輕的特點(diǎn)，逐漸成為3GW以上大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)和發(fā)展的趨勢(shì)。

五、按風(fēng)力發(fā)電機(jī)的類型分類

可分為異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

01異步發(fā)電機(jī)按其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可分為

(一)籠型異步發(fā)電機(jī)——轉(zhuǎn)子為籠型。

由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、價(jià)格低廉、易于接入電網(wǎng)，在中小型機(jī)組中得到廣泛應(yīng)用；

(b)繞線雙饋異步發(fā)電機(jī)——轉(zhuǎn)子是繞線的。

定子直接與電網(wǎng)相連傳輸電能，繞線轉(zhuǎn)子也由變頻器控制向電網(wǎng)傳輸有功或無(wú)功功率。

根據(jù)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極類型，同步發(fā)電機(jī)型號(hào)可分為兩種

(a)電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)-轉(zhuǎn)子為纏繞凸極，磁場(chǎng)由外部直流勵(lì)磁產(chǎn)生。

(b)永磁同步發(fā)電機(jī)——轉(zhuǎn)子是由鐵氧體材料制成的永磁磁極，通常為低速多極型，不需要外部勵(lì)磁，簡(jiǎn)化了發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)，具有很多優(yōu)點(diǎn)。

六、按齒輪箱和發(fā)電機(jī)的相對(duì)位置分類

齒輪箱與發(fā)電機(jī)的相對(duì)位置可分為緊湊型和長(zhǎng)軸布置型。

01緊湊型風(fēng)力渦輪機(jī)

緊湊型風(fēng)輪直接與變速箱的低速軸連接，齒輪高速軸的輸出端通過(guò)彈性聯(lián)軸器與發(fā)電機(jī)連接，發(fā)電機(jī)與變速箱殼體連接。這種結(jié)構(gòu)的齒輪箱由于結(jié)構(gòu)緊湊，可以節(jié)省材料和相對(duì)成本。作用在風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)上的力通過(guò)齒輪箱的外殼傳遞到主機(jī)架上。緊湊型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主軸與發(fā)電機(jī)軸在同一平面上。當(dāng)齒輪箱損壞時(shí)，拆卸風(fēng)輪、齒輪箱和發(fā)電機(jī)進(jìn)行修理是很麻煩的。

02具有長(zhǎng)軸布置的風(fēng)力渦輪機(jī)

它通過(guò)固定在機(jī)艙主機(jī)架上的主軸與變速箱的低速軸連接。長(zhǎng)軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主軸是獨(dú)立的，由獨(dú)立的軸承支撐。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)輪不直接作用在變速箱低速軸上，變速箱可以采用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，減少了變速箱低速軸所受的復(fù)雜扭矩，降低了成本，降低了損壞變速箱的可能性。

七、按速度分類

根據(jù)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和并網(wǎng)方式，發(fā)電機(jī)可分為定速風(fēng)機(jī)和變速風(fēng)機(jī)。

01恒速風(fēng)力渦輪機(jī)

定速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般采用速度控制的葉片控制方式，采用異步感應(yīng)電機(jī)直接接入電網(wǎng)。由于風(fēng)能的隨機(jī)性，風(fēng)力發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)異步發(fā)電機(jī)低于額定運(yùn)行的時(shí)間占全年運(yùn)行時(shí)間的60%~70%。為了充分利用低風(fēng)速的風(fēng)能，增加發(fā)電量，廣泛使用雙速異步發(fā)電機(jī)，設(shè)計(jì)為四級(jí)和六級(jí)繞組。低速運(yùn)行時(shí)，雙速異步發(fā)電機(jī)的效率高于氮?dú)猱惒桨l(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)差損失較小。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在低風(fēng)速下運(yùn)行時(shí)，不僅葉片具有較高的啟動(dòng)效率，而且發(fā)電機(jī)效率也可以保持在較高的水平。

02變速風(fēng)力渦輪機(jī)

變速風(fēng)力渦輪機(jī)通常配備有可變槳距功率調(diào)節(jié)模式。風(fēng)力發(fā)電機(jī)必須有一套控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)和限制轉(zhuǎn)速和功率。調(diào)速和功率調(diào)節(jié)裝置的主要任務(wù)是保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)免受強(qiáng)風(fēng)、運(yùn)行故障和過(guò)載的影響。其次，風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行平穩(wěn)，電能質(zhì)量滿足公共電網(wǎng)要求。

八、根據(jù)塔的不同分類

根據(jù)塔架的不同，可分為塔式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和桁架式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

01塔式風(fēng)力渦輪機(jī)

國(guó)內(nèi)外絕大多數(shù)采用塔式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是剛度好，冬季爬塔安全，連接部件的螺栓比桁架塔少得多，維護(hù)工作量少，安裝和調(diào)整方便。

02桁架風(fēng)力渦輪機(jī)

桁架結(jié)構(gòu)類似于電力塔。這種結(jié)構(gòu)風(fēng)阻低，便于運(yùn)輸。但是組裝比較復(fù)雜，每年都要擰緊他家的螺栓，工作量很大，冬天爬塔的條件也比較差。在國(guó)內(nèi)，這種類型的結(jié)構(gòu)更適合在南方島嶼使用，特別是陣風(fēng)強(qiáng)、風(fēng)向不穩(wěn)定的風(fēng)場(chǎng)，桁架塔可以吸收手機(jī)單元運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的扭矩和振動(dòng)。