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风能的开发与利用
摘要：在不断持续的能源紧X中，不少人想到了新能源利用。利用洁净的能源〔可再生能源〕是人类社会文明进步的表现、是科学技术的开展、是环保理念的表现。洁净能源指太阳能、风能、吹来就称为东风。风速是表示风移动的速度即单位时间内空气流动所经过的距离。 
风速是指某一高度连续10min所测得各瞬时风速的平均值。一般以草地上空10m高处的10min内风速的平均值为参考。 
风玫瑰图是一个给定地点一段时间内的风向分布图。通过它可以得知当地的主导风向。 
〔3〕风能的根本情况 
①风能的特点 
风能的特点主要有：能量密度低、不稳定性、分布不均匀、可再生、须在有风地带、无污染、分布广泛、可分散利用、另外不须能源运输、可和其它能源相互转换等。  
②风能资源的估算 
风能的大小实际就是气流流过的动能，因此可以推导出气流在单位时间内垂直流过单位截面积的风能，即风功率为 
=                   
式中  w为风能(w)； 
r 为空气密度(kg/m)；
v为风速(m/s)。 
由于风速是一个随机性很大的量，必须通过一段时间的观测来了解它的平均状况，一个地方风能潜力的多少要视该地常年平均风能密度的大小。因此需要求出在一段时间内的平均风能密度，这个值可以将风能密度公式对时间积分后平均来求得。在风速V的概率分布p(V)知道后，平均风能密度还可根据下式求得
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=                       
 风轮机的理论 
风轮机又称为风车，是一种将风能转换成机械能、电能或热能的能量转换装置。风轮机的类型很多通常将其分为水平轴风轮机垂直轴风轮机和特殊风轮机三大类。但应用最广的还是前两种类型的风轮机。 风力发电机的结构与组成 
风力发电机的分类 
风力发电机组是将风能转化为电能的装置，按其容量分可分为：小型〔10kw以下〕、中型〔10—100kw〕和大型〔100kw以上〕风力发电机组。按主轴与地面相对位置又可分为：水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组。水平轴风力发电机是目前世界各国风力发电机最为成功的一种形式，主要优点是风轮可以架设到离地面较高的地方，从而减少了由于地面扰动对风轮动态特性的影响。它的主要机械部件都在机舱中，如主轴、齿轮箱、发电机、液压系统与调向装置等。而生产垂直轴风力发电机的国家很少，主要原因是垂直轴风力发电机效率低，需启动设备，同时还有些技术问题尚待解决。在本文中以后不做特殊说明时所指的风力发电机组即为大中型的水平轴风力发电机组。
水平轴风力发电机的结构 
大中型风力发电机组是由叶片、轮毂、主轴、增速齿轮箱、调向机构、发电机、塔架、控制系统与附属部件〔机舱机座回转体制动器等〕组成的。 
(1)机舱 
机舱包含着风力发电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机等。  
(2)风轮 
叶片安装在轮毂上称作风轮，它包括叶片、轮毂、主轴等。风轮是风力发电机承受风能的部件。
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叶片是风力发电机组最关键的部件，现代风力发电机上每个转子叶片的测量长度大约为20米叶片数通常为2枚或3枚，大局部转子叶片用玻璃纤维强化塑料〔GRP〕制造。叶片可分为变浆距和定浆距两种叶片，其作用都是为了调速，当风力达到风力发电机组设计的额定风速时，在风轮上就要采取措施，以保证风力发电机的输出功率不会超过允许值。 
轮毂是连接叶片和主轴的零部件。轮毂一般由铸钢或钢板焊接而成，其中不允许有夹渣、砂眼、裂纹等缺陷，并按桨叶可承受的最大离心力载荷来设计。 
主轴也称低速轴，将转子轴心与齿轮箱连接在一起，由于承受的扭矩较大，其转速一般小于50r/min，一般由40Cr或其他高强度合金钢制成。 
〔3〕增速器 
增速器就是齿轮箱，是风力发电机组关键部件之一。由于风轮机工作在低转速下，而发电机工作在高转速下，为实现匹配采用增速齿轮箱。使用齿轮箱可以将风电机转子上的较低转速、较高转矩转换为用于发电机上的较高转速、较低转矩。 
〔4〕联轴器
增速器与发电机之间用联轴器连接，为了减少占地空间，往往联轴器与制动器设计在一起。 
〔5〕制动器 
制动器是使风力发电机停止转动的装置，也称刹车。 
〔6〕发电机 
发电机是风力发电机组中最关键的部件，是将风能最终转变成电能的设备。发电机的性能好坏直接影响整机效率和可靠性。大型风电机〔100-150千瓦〕通常产生690伏特的三相交流电。然后电流通过风电机旁的变压器〔或在塔内〕，电压被提高至1-3万伏，这取决于当地电网的标准。风力发电机上常用的发电机有以下几种： 