江南体育风力发电机的额定输出功率 风力发电机的额定输出功率是配合特定的额定风速设而定的。由于能量与风速的立方成正比， 因此，风力发电机的功率会随风速变化会很大。同样构造和风轮直径的风电机可以配以不同大小的 发电机。因此两座同样构造和风轮直径的风电机可能有相当不同的额定输出功率值，这取决于它的 设计是配合强风地带（配较大型发电机）或弱风地带（配较小型发电机） 。 4. 风力发电并网运行模式的规模划分 风力发电并网运行模式的规模划分

　　风能是一种波动不稳定的能源，如果没有储能装置或与其他发电装置互补，风力发电装置本身 难以提供连续稳定的电能输出。而大型风机与电力网并网运行则可解决此问题。对应于风力发电机 组的规模，通常有三种运行方式： （1）大、中型风力发电机组（100 kW 以上）与电力网并网运行； （2）小型风力发电机（10 kW 到 100 kW 瓦）与柴油发电机或其他发电装置并联互补运行； （3）微型风力发电机（10 kW 以下）主要采用直流发电系统并配合蓄电池储能装置独立运行。 所以，与就近的电力网并网，是风电场最常见的运行方式选择。 风力发电其固有的趋势规律很适合并入电网系统，为电力网负载能力曲线起到填谷补偿作用： 其一，适合每日电力消耗的规律：典型的天气模式是晚上风小，白天风比较大；其二，适合季 节性电力消耗的规律：夏天的风通常比冬天的风弱；而电力消耗正好也是一般冬天比夏天来得大。 （在寒冷的冬季，电力加热和风能结合是一种理想的方式，因为房屋寒冷降温的状况，是随风的速 度变大而严重，而风机电能的产生正好也随风速变大而增加。 ） 风场发电系统并网时都应该备有防孤岛功能，当附近一带电网失去主要电力供应时，自动把可 再生能源发电系统和电网脱离。在直接并网的情况下，防孤岛功能的作用，主要是避免风场发电系 统继续向已经失去主要电力供应的电网部分提供电力，形成一个脱离主电网的“岛屿” 。在间接并网 的情况下，防孤岛功能的作用，主要是避免风场发电系统继续向已经失去主要电力供应的场地配电 系统提供电力。亦防止风场发电系统向电网逆向施加电压。防孤岛功能的动作时间要求比较短，为 了避免影响到电网里断路器自动开关或者自动重合的动作。 5. 影响风电项目投资收益的因素 测风 在项目开发实践中，测风时间短，测风点不具有代表性，都可能造成业主错误地估计项目点的 发电量，造成经济汇能达到预期。测风时间短：由于风速通常以年为周期变化，因此按照规定， 每个项目点的测风时间至少需要测一年。但在实践中，在我们国家很多地区，同一项目点的同一测 风塔实际年与年之间的测得的风速还是有变化的，很多地方年与年之间的风速变化甚至超过了 1 米/ 秒。而 1 米/秒的风速差异造成的一台 600 千瓦的风电机组一年发电量差异达到 20 万 kW.h 小时。消 除这种差异的方式是必须利用其他气象测站的长期数据做相关性分析，得到常年平均风速。但在实 践中，由于风电场区域往往由于地处偏僻，周围没有气象站。因此很难得到常年平均风速。而且一 些项目往往在没有测满一年的情况下，仓卒决定上马。这样后期的经济效益更加难以保证。测风点 不具有代表性：一般要求，风电场的测风应该在位于风电场中央地势开阔，比较具有代表性的地方 设立测风塔。但是由于一些地形比较复杂的地方，比如山地，为了能让测风减少周围地形和障碍物

　　的干扰，往往会把测风塔设立在山顶上。而实际在排布风电机组时却不可能把风机都排布在山顶上， 这个点测得的风速相对于全场其他位置的风速偏大，因此直接用这个风速代表整个风电场风速来估 算发电量，显然偏离了实际。 设备选型 通常我们在设备选型中需要考虑很多因素，如设备的价格，技术先进性等等。在实践中，往往 由于对风电设备不熟悉，选择了一些不合适的设备，给业主造成了很大的损失。在我国的风电项目 中，不但出现了对国外设备厂家不了解，采购回来的风机设备不能用的情况，也出现了合同执行过 程中由于设备厂家破产致使合同无法执行的问题。给投资方造成了巨大损失。因此在设备选择过程 中，应对设备供应商进行充分考察，选择优秀讲信誉的供应商，同时选择成熟可靠的设备，这样才 能在根本上解决投资商的稳定回报。 运行维护 风电项目的投资回收期比价长，往往都在 7 年以上，很多项目回收期都超过 10 年，因此在此期 间保证设备稳定运行至关重要，除了选择好的设备，运行维护水平也很重要。风电机组长期在恶劣 环境中运行，必须进行很好的保养，才能保证设备长期稳定。风电设备涉及的零部件众多，受风机 制造商产品更新换代的影响，大多数整机在若干年后都已经停产，其中的很多零部件都很难继续采 购，需要设备运行方去改进更替，以保证设备长期正常运行。如果没有好的运行队伍，必然造成设 备长期的运行可靠性，从而影响业主的投资收益。因此风电厂在建设的同时，建立非常专业的运行 维护队伍也至关重要。目前在欧洲非常流行的请专业公司代维不失为一种抗风险的好形式，相信这 种方式也将在我国得以推广， 目前国内已经有一些比较早期进入风电行业的公司开始提供这种服务， 取得很好的效果。

　　发电机系统：风力发电包含了由风能到机械能和由机械能到电能两个能量转换过程，发电机及 其控制系统承担了后一种能量转换任务。恒速恒频发电机系统一般来说比较简单，所采用的发电机 主要有两种，即同步发电机和鼠笼型感应发电机。变速恒频发电机系统是 20 世纪 70 年代中期以后 逐渐发展起来的一种新型风力发电系统，其主要优点在于叶轮以变速运行，可以在很宽的风速范围 内保持近乎恒定的最佳叶尖速比，从而提高了风力机的运行效率，从风中获取的能量可以比恒速风 力机高得多。此外，这种风机在结构上和实用中还有很多的优越性。利用电力电子学是实现变速运 行最佳化的最好方法之一，虽然与恒速恒频系统相比可能使风电转换装置的电气部分变得较为复杂 和昂贵，但电气部分的成本在中、大型风力发电机组中所占比例不大，因而发展中、大型变速恒频 风电机组受到很多国家的重视。 （恒速）同步发电机，优点是励磁系统可控制发电机的电压和无功功率，发电机效率高。同步 电机要通过同步设备的整步操作达到准同步并网（并网困难） ，由于风速变化大，以及同步发电机要 求转速恒定，风力机必需装有良好的变桨距调节机构。 （恒速）异步发电机，结构简单，坚固，造价低，异步发电机投入系统运行时，由于是靠转差 率来调节负荷，因此对机组的调节精度要求不高，不需要同步设备的整步操作，只要转速接近同步 速时就可并网，且并网后不会产生振荡和失步。缺点是并网时冲击电流幅值大，不能产生无功功率。 塔架：风力机的塔架除了要支撑风力机的重量，还要承受吹向风力机和塔架的风压，以及风力机运 行中的动载荷。它的刚度和风力机的振动有密切关系。水平轴风力发电机的塔架主要可分为管柱型 和桁架型两类，管柱型塔架可从最简单的木杆，一直到大型钢管和混凝土管柱。小型风力机塔杆为 了增加抗弯矩的能力，可以用拉线来加强。中、大型塔杆为了运输方便，可以将钢管分成几段。一 般圆柱形塔架对风的阻力较小，特别是对于下风向风力机，产生紊流的影响要比桁架式塔架小。桁 架式塔架常用于中小型风力机上，其优点是造价不高，运输也方便。但这种塔架会使下风向风力机 的叶片产生很大的紊流。 3.2 风力发电机的工作原理与运行 风力发电机的工作原理与运行

　　2. 风能及其利用 风的能量指的是风的动能，是指风所负载的能量，特定质量的空气的动能可以用下列公式计算。

　　风能的利用主要就是将它的动能转化为其他形式的能，因此计算风能的大小也就是计算气流所 具有的动能。在单位时间内流过垂立于风速截向积 A（ m ）的风能，即风功率为

　　风力发电场（简称风电场） ，是将多台大型并网式的风力发电机安装在风能资源好的场地，按照 地形和主风向排成阵列，组成机群向电网供电。风力发电机就像种庄稼一样排列在地面上，故形象 地称为“风力田” 。风力发电场于 20 世纪 80 年代初在美国的加利福尼亚州兴起，现在被全世界大力 发展风电的各个国家广泛采用。 风电场的风力发电机相互之间需要有足够的距离，以免造成过强的湍流相互影响，或由于“尾 流效应”而严重减低后排风电机的功率输出。为了配合运送大型设备（特别是叶片）到安装现场， 须要建设道路。另外亦须要建设输电线，把风电场的输出连接到电网接入点。

　　1. 中、外风电的发展 （1）世界风电发展 目前，江南体育风能的利用主要是发电，风力发电在新能源和可再生能源行业中增长最快，年增达 35％， 美国、意大利和德国年增长更是高达 50％以上。德国风电已占总发电量的 3％，丹麦风电己超过总 发电量的 10％。 由于风力发电技术相对成熟， 许多国家投入较大、 发展较快， 使风电价格不断下降， 目前风力发电成本 0.4～0.7 元／kW.h，若考虑环保和地理因素，加上政府税收优惠和相关支持，在 有些地区已可与火电等能源展开竞争。 风力发电机容量从 100W～5MW，有许多种规格。中小型风机多离网独立运行，中大型机组多 组成风电场或风力田并网发电。 目前， 并网发电以 850KW～1500KW 为主导机组， 也有少量 3～5MW 机组投入使用，最大的试运行机组单机容量已达 5MW。美国已研制出 7MW 的风力发电机，英国正 在研制 10MW 的风力发电机。现在，不仅把风电场建在内陆、岛屿和海岸，英国、荷兰等一些欧洲 国家经验表明，将风电场建在海上，经济效益、环境效益和社会效益更加明显。 截止到 2008 年 12 月底，全球的总装机容量已经超过了 1.2 亿 kW。2008 年，全球风电增长速 度达到 28.8%，新增装机容量达到 2700 万 kW，同比增长 36％。2008 年，欧洲、北美和亚洲仍然是 世界风电发展的三大主要市场，三大区域新增装机分别是：887.7、888.1 和 858.9 万 kW，占世界风 电装机总容量的 90%以上。从国别来看，美国超过德国，跃居全球风电装机首位，同时也成为第二 个风电装机容量超过 2000 万 kW 的风电大国。中国风电发展依然强劲，2008 年是连续第四年年度 新增装机翻番，初步计算，实现风电装机容量 1221 万千瓦，超过印度，成为亚洲第一、世界第四的 风电大国，同时跻身世界风电装机容量超千万千瓦的风电大国行列。 世界风电快速发展主要推动力是能源安全与气候变化。在欧洲和美国风电成为新增容量最快和 容量最大的发电电源之一，其中美国风电装机占其新增发电装机容量的 40%以上，欧盟 27 国风电装 机占其新增发电装机容量的 35%以上，成为重要的替代能源，为能源供应安全和能源来源多样化提 供了技术保障。同时，风电也是成本最低的温室气体减排技术之一。2008 年底全球的总装机容量突 破 1.2 亿 kW，相当于每年产生发电量约 2600 亿 kW.h，减排 1.58 亿吨 CO2。 （2）中国风电发展 我国政府将风力发电作为改善能源结构、江南体育应对气候变化和能源安全问题的主要替代能源技术之 一。2007 年制订了《可再生能源中长期发展规划》 ，并确定了 2010 年和 2020 年风电装机容量分别 达到 1000 万 kW 和 3000 万 kW 的目标，制定了风电设备国产化相关政策。 2008 年中国除台湾省外累计风电机组 11600 台，装机容量约 1215.2 万 kW（已超过了《可再生 能源中长期发展规划》1000 万 kW 的发展目标） ，分布在 24 个省（市、区） ，比前一年增加了重庆、

　　米德尔格伦登（ 米德尔格伦登（Middelgrunden）海上风车园（风电场）位于距丹麦哥本哈根市中心几公里的海 ）海上风车园（风电场） 面上， 电厂的变压器相连 的变压器相连。 面上，风机通过海底电缆与 3.5 公里以外的 Amager 电厂的变压器相连。 Nameplate capacity: 40 MW

　　中国新疆 达坂城风力发电场 亿千瓦每小时， 亿千瓦每小时， 达 坂城风力发电厂年风能蕴藏量为 250 亿千瓦每小时 ， 可利用总电能为 75 亿千瓦每小时 ， 兆瓦， 目前， 兆瓦。 可装机容量为 2500 兆瓦 ， 目前 ， 这里的总装机容量为 125 兆瓦 。 单机 1.2 兆瓦 。

　　现代风力发电机采用空气动力学原理，就像飞机的机翼一样。风并非“推”动风轮叶片，而是 吹过叶片形成叶片正反面的压差，这种压差会产生升力，令风轮旋转并不断横切风流。 风力发电机的风轮并不能提取风的所有功率。 根据 Betz 定律 （理想情况下风能所能转换成电能 的极限比值为 16/27，约为 59.26%，是风力发电中关于风能利用效率的一条基本的理论，由德国物 理学家 Albert Betz 于 1919 年提出。，理论上风电机能够提取的最大功率，是风的功率的 59.26%。 ） 大多数风电机只能提取风的功率的 40%或者更少。 风力发电机主要包含三部分：风轮、机舱和塔杆。大型与电网联接的风力发电机的最常见的结 构，是横轴式三叶片风轮，并安装在直立管状塔杆上。叶轮叶片由复合材料制造。不像小型风力发 电机，大型风电机的叶轮转动相当慢。比较简单的风力发电机是采用固定速度的。通常采用两个不 同的速度-在弱风下用低速和在强风下用高速。这些定速风电机的感应式异步发电机能够直接发产生 电网频率的交流电。比较新型的设计一般是可变速的（比如 Vestas 公司的 V52-850 千瓦风电机转速 为每分钟 14 转到每分钟 31.4 转） 。利用可变速操作，叶轮的空气动力效率可以得到改善，从而提 取更多的能量，而且在弱风情况下噪音更低。因此，变速的风电机设计比起定速风电机，越来越受 欢迎。 机舱上安装的感测器探测风向，透过转向机械装置令机舱和叶轮自动转向，面向来风。叶轮的 旋转运动通过齿轮变速箱传送到机舱内的发电机（如果没有齿轮变速箱则直接传送到发电机） 。在风 电工业中， 配有变速箱的风力发电机是很普遍的。 不过， 为风电机而设计的多极 直接驱动式发电机， 也有显著的发展。 设於塔底的变压器 （或者有些设於机舱内） 可提升发电机的电压到配电网电压 （香 港的情况为 11 千伏） 。 所有风力发电机的功率输出是随著风力而变的。强风下最常见的两种限制功率输出的方法（从 而限制叶轮所承受压力）是失速调节和斜角调节。使用失速调节的风电机，超过额定风速的强风会 导致通过叶片的气流产生扰流，令叶轮失速。当风力过强时，叶片尾部制动装置会动作，令叶轮剎 车。使用斜角调节的风电机，每片叶片能够以纵向为轴而旋转，叶片角度随著风速不同而转变，从 而改变叶轮的空气动力性能。当风力过强时，叶片转动至迎气边缘面向来风，从而令叶轮剎车。叶 片中嵌入了避雷条，当叶片遭到雷击时，可将闪电中的电流引导到地下去。江南体育 目前，在我国得到广泛使用的风力发电机主要是水平轴式风力发电机，水平轴式风力发电机是 目前技术最成熟、生产量最多的一种形式。它由叶轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、控制系统、 塔架等部件所组成。从大的结构划分来说，风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成，空气流动的 动能作用在叶轮上， 将动能转换成机械能,从而推动叶轮旋转。江南体育 这样就通过叶轮将风能转换为机械能， 低速转动的叶轮通过传动系统由增速齿轮箱增速，将动力传递给发电机，然后由高速转动的机械能

　　经过电机转变成电能。在这里齿轮箱可以将很低的叶轮转速（600 千瓦的风机通常为 27 转/分）变为 很高的发电机转速 （通常为 1500 转/分） 同时也使得发电机易于控制，实现稳定的频率和电压输出。 。 整个机舱由高大的塔架举起，由于风向经常变化，为了有效地利用风能，还安装有迎风装置， 它根据风向传感器测得的风向信号，由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮啮合的小齿轮转 动，使机舱始终对风（注：一般 600 千瓦的风机机舱总重 20 多吨） ，所以偏航系统的作用就是可以 使叶轮扫掠面积总是垂直于主风向。 风力发电机的功率曲线 在风速很低的时候，风电机风轮会保持不动。当到达切入风速时（通常每秒 3 到 4 米） ，风轮开 始旋转并牵引发电机开始发电。随著风力越来越强，输出功率会增加。当风速达到额定风速时，风 电机会输出其额定功率。之后输出功率会保留大致不变。当风速进一步增加，达到切出风速的时候， 风电机会剎车，不再输出功率，为免受损。风力发电机的性能可以用功率曲线来表达 。功率曲线是 用作显示在不同风速下（切入风速到 切出风速 ）风电机的输出功率。为特定地点选取合适的风力 发电机，一般方法是采用风电机的功率曲线和该地点的风力资料以进行产电量估算。

　　由于风电市场的扩大、风电机组产量和单机容量的增加以及技术上的进步，使风电机组每 kW 的生产成本在过去近 20 年中稳定下降。以美国为例，风力发电的成本降低了 80％。上世纪 80 年代 安装第一批风力发电机时，每发一度电的成本为 30 美分，而现在只需 4 美分。另一方面，由于风电 机组设计和工艺的改进（如叶片翼型改进等） ，性能和可靠性提高，加上塔架高度增加以及风场选址 评估方法的改进等，使风电机组的发电能力有相当大的增长，每平方米叶轮扫掠面积的年发电量从 80 年代初期的 400～500kW.h 提高到目前的 1000 kW.h 以上。一台标准的 600 kW 风力发电机，当各 种条件都是最佳状态时，每年可发电约 2000 万 kW.h，即每平方米叶轮扫掠面积的年发电量可达 1400～1500 kW.h。目前风电场的容量系数（即一年的实际发电量除以装机额定功率与一年 8760 小 时的乘积）一般约为 0.25～0.35。综合上述史以及风电场的风力资源、规模、运行维护成本和融资 因素（如贷款利率、偿还期等） ，目前在较好的风场，风力发电的成本约为４美分/kW.h 左右，已具 备与火电竞争的能力。 从风电场的造价方面看，中国风电场的造价比欧洲高，基本上是欧洲 5 年前的水平，单位 kW 平均造价为 8500 元/kW 左右，建设一座装机 10 万 kW 的风电场，成本大约在 8 亿到 10 亿元之间， 而同样规模的火电厂成本约为 5 亿元左右，水电站为 7 亿元左右。当然，独立运行的非并网班车风 电系统，由于需要蓄电池和逆变器等，同时容量系数较小，所以发电成本比并网型机组要高。

　　江西和云南等三个省市，装机超过 100 万 kW 的有内蒙古、辽宁、河北和吉林等四个省区。与 2007 年累计装机 590.6 万 kW 相比， 2008 年累计装机增长率为 106%。 2008 年风电上网电量约 120 亿 kW.h。 机组容量从 30 kW 到 2000 kW，近年新建机组以 1500～2000 kW 机组为主。 2008 年， 中国新增装机容量达到 630 万 kW， 使得中国的总装机容量再次翻番达到 1200 万 kW， 提前两年实现了国家发改委提出的 2010 年实现风电装机 1000 万 kW 的规划发展目标。为了应对金 融危机，中国政府把发展风电作为改善能源结构的重要手段和新的经济增长点。在 2008 年召开的全 国能源工作会议上，国家能源局明确提出，我国风能资源丰富，具有良好的开发利用前景。要促进 我国风电产业健康发展，加强风电建设管理，不断完善政策，坚持以风电特许权方式建设大型风电 场，推动风电设备国产化，逐步建立我国的风电产业体系。按照“融入大电网，建设大基地”的要 求，从 2009 年起，国家将力争用 10 多年时间在甘肃、内蒙古、河北、江苏等地形成几个上千万千 瓦级的风电基地。 到 2008 年底， 中国累计风电装机容量达到 1215.2 万 kW， 过去 10 年的年平均增长速度达到 46%。 中国在风电装机容量的世界排名中，2004 年居第 10 位，2008 年跃居第 4 位，并有望成为世界最大 的风电市场。 按照中国资源综合利用协会可再生能源专业委员会的估计，2010 年，中国风电有望超过欧、美， 成为世界风电第一大国，可能达到或超过 3000 万 kW，提前 10 年达到中国政府确定的风电 2020 年 发展目标，2020 年有望实现 1 亿 kW 或 1.2 亿 kW 的风电装机容量。 风电在节约能源、缓解中国电力供应紧张的形势、降低长期发电成本、减少能源利用造成的大 气污染和温室气体减排等方面做出了应有的贡献，开始大有作为。同时利用“资源无尽、成本低廉” 的风能对于改变我国能源短缺现状具有重要的战略意义，我国风能资源丰富，10m 以下低空的风电 资源约为 10 亿 kW（内陆 2.53 亿 kW，沿海估计为 7.5 亿 kW） ，扩展到 50～60m 以上高空，风力 资源将至少扩展一倍，可望有 20 亿～25 亿 kW。如果能开发出其中的 2/3，将能提供 15 亿 kW 的 电力，再加上约 5 亿 kW 的水电，就能大幅度补充 2020 年后所需电力的份额。

　　传动系统：风机的传动系统一般包括低速轴、高速轴、齿轮箱、联轴节和制动器等。但不是每 一种风机都必须具备所有这些环节。有些风机的轮毂直接连接到齿轮箱上，不需要低速传动轴。也 有一些风机设计成无齿轮箱的，叶轮直接连接到发电机。 叶轮叶片产生的机械能由机舱里的传动系统传递给发电机，它包括一个齿轮箱、离合器和一个 能使风力机在停止运行时的紧急情况下复位的刹车系统。齿轮箱用于增加叶轮转速，从 20~50 转/分 到 1000~1500 转/分， 后者是驱动大多数发电机所需的转速。 齿轮箱可以是一个简单的平行轴齿轮箱， 其中输出轴是不同轴的，或者它也可以是较昂贵的一种，允许输入、输出轴共线，使结构更紧凑。 传动系统要按输出功率和最大动态扭矩载荷来设计。由于叶率输出有波动，一些设计者试图通 过增加机械适应性和缓冲驱动来控制动态载荷，这对大型的风力发电机来说是非常重要的，因其动 态载荷很大，而且感应发电机的缓冲余地比小型风力机的小。

　　以目前使用最为广泛的水平轴风力发电机为例关于其结构作一介绍，它主要由叶轮，调速或限 速装置，偏航系统，传动机构，发电机系统，塔架等组成。

　　叶轮：风力机区别于其他机械的最主要特征就是叶轮。叶轮一般由 2～3 个叶片和轮毂所组成， 其功能是将风能转换为机械能。除小型风力机的叶片部分采用木质材料外，中、大型风力机的叶片 都采用玻璃纤维或高强度复合材料制成。风力机叶片都要装在轮毂上。轮毂是叶轮的枢纽，也是叶 片根部与主轴的连接件。所有从叶片传来的力，都通过轮毂传递到传动系统，再传到风力机驱动的 对象。同时轮毂也是控制叶片桨距（使叶片作俯仰转动）的所在。轮毂的作用是连接叶片和低速轴， 要求能承受大的，复杂的载荷。中小型风机常采用刚性连接，兆瓦级风力机常采用跷跷板连接方式。 调速或限速装置：在很多情况下，要求风力机不论风速如何变化转速总保持恒定或不超过某一 限定值，为此目的而采用了调速或限速装置。当风速过高时，这些装置还用来限制功率，并减小作 用在叶片上的力。调速或限速装置有各种各样的类型，但从原理上来看大致有三类，一类是使叶轮 偏离主风向，另一类是利用气动阻力，第三类是改变叶片的桨距角。 偏航系统：为了让叶轮能自然地对准风向，通常风机都会采用调向装置，对大型风力发电机组 而言，一般采用的是电动机驱动的风向跟踪系统。整个偏航系统由电动机及减速机构、偏航调节系 统和扭缆保护装置等部分组成。偏航调节系统包括风向标和偏航系统调节软件。风向标对应每一个 风向都有一个相应的脉冲输出信号，通过偏航系统软件确定其偏航方向和偏航角度，然后将偏航信 号放大传送给电动机，通过减速机构转动风力机平台，直到对准风向为止。

　　概述 风的能量是由太阳辐射能转化来的，太阳每小时辐射地球的能量是 174,423,000,000 MW，换 句话说，地球每小时接受了 1.74 × 10 MW 的能量。太阳的辐射造成地球表面受热不均，引起大气

　　层中压力分布不均，空气沿水平方向运动形成风。江南体育风能大约占太阳提供总能量的百分之一或二，太 阳辐射能量中的一部分被地球上的植物转换成生物能， 而被转化的风能总量大约是生物能的 50～100 倍。全球的风能约为 2.74 × 10 MW，其中可利用的风能为 2.0 × 10 MW，比地球上可开发利用的水

　　式中： E 为风能，单位为 W； ρ 为空气密度， kg m ，一般取 1.225 kg m ； v 为风速， m s 。 在海平面高度和摄氏 15 度的条件下，干空气的密度为 1.225 千克/立方米。空气密度随气压和温 度而变。随着高度的升高，空气密度将会下降。 由式（1） ，可以看出，风能大小与气流通过的面积和空气密度成正比，和气流速度的立方成正 比。实际上，风轮只能提取风的能量中的一部分，而非全部。在风能计算中，最重要的是风速，风 速取值准确与否对风能的估计有决定性影响。如风速大 1 倍，风能可大 8 倍 风功率密度是气流垂直通过单位截面积（风轮面积）的风能，它是表征一个地方风能资源多少 的指标。将式（1）除以相应的面积 A，当 A＝l 时，便得到风功率密度公式，也称风能密度公式， 即

　　能总量还要大 10 倍。 我国 10 米高度层的风能资源总储量为 32.26 亿 kW， 其中实际可开发利用的风能资源储量为 2.53 亿 kW。而据估计，中国近海风能资源约为陆地的 3 倍，所以，中国可开发风能资源总量约为 10 亿 千瓦。其中青海、甘肃、新疆和内蒙可开发的风能储量分别为 1143 万 kW、2421 万 kW、3433 万 kW 和 6178 万 kW，是中国大陆风能储备最丰富的地区。 风能是一种干净的自然能源，没有常规能源（如煤电，油电）与核电会造成环境污染的问题。 平均每装一台单机容量为 1 MW 的风能发电机，每年可以减排 2000 吨二氧化碳 （相当于种植１平方 英里的树木） 、10 吨二氧化硫、6 吨二氧化氮。风能产生 1 兆瓦小时的电量可以减少 0.8 到 0.9 吨的 温室气体，相当于煤或矿物燃料一年产生的气体量。而且风机不会危害鸟类和其它野生动物。在常 规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，风能作为一种高效清洁的新能源有着巨大的发展潜 力。 风电技术日趋成熟，产品质量可靠，可用率已达 95%以上，已是一种安全可靠的能源，风力发 电的经济性日益提高，发电成本已接近煤电，低于油电与核电，若计及煤电的环境保护与交通运输 的间接投资，则风电经济性将优于煤电。风力发电场建设工期短，单台机组安装仅需几周，从土建、 安装到投产，只需半年至一年时间，是煤电、核电无可比拟的。投资规模灵活，有多少钱装多少机。 对沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到 的农村、边疆来说，可作为解决生产和生活能源的一种有效途径。 中国风力资源分布如下图：

　　由于风速是一个随机性很大的量，必须通过一定时间长度的观测来了解它的平均状况。因此， 在一段时间长度内的平均风能密度，可以将上式对时间积分后平均，即

　　式中： ω 为平均风能， W ；T 为总时数， h 。 风力机需要根据—个确定的风速来确定风力机的额定功率，这个风速称为额定风速。在这种风 速下，风力机功率达到最大。在风力工程中，将风力机开始运行做功时的这个风速称为启动风速或 切入风速。当风速大到某一极限时，风力机就有损坏的危险，必须停止运行，这一风速称为停机风 速或切出风速。因此，在统计风速资料计算风能潜力时，必须考虑这两个因素。通常将切入风速到 切出风速之间的风能称有效风能。有效风能密度是有效风能范围内的风能平均密度。 3. 风力发电基本原理 3.1 典型风力发电机各部件介绍