风力发电机有哪些？

尽管风力发电机多种多样，但归纳起来可分为两类：
（1）水平轴风力发电机
风轮的旋转轴与风向平行。
（2）垂直轴风力发电机风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。
①水平轴风力发电机。水平轴风力发电机可分为升力型和阻力型两类。升力型风力发电机旋转速度快，阻力型旋转速度慢。对于风力发电，多采用升力型水平轴风力发电机。大多数水平轴风力发电机具有对风（迎风）装置，能随风向改变而转动，时刻保证桨叶旋转面与来风垂直。小型风力发电机，这种对风装置采用尾舵（图10-3），而大型风力发电机，则利用风向传感元件以及伺服电机组成的传动机构来实现自动迎风。

图10-3水平轴风力发电机风力发电机的风轮在塔架前面的称为上风向风力机，风轮在塔架后面的则称为下风向风力机。水平轴风力发电机的式样很多，有的具有反转叶片的风轮，有的在一个塔架上安装多个风轮，以便在输出功率一定的条件下减少塔架的成本，还有的水平轴风力发电机在风轮周围产生漩涡，集中气流，增加气流速度。
②垂直轴风力发电机。垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。
利用阻力旋转的垂直轴风力发电机有几种类型，其中有利用平板做成的风轮，这是一种纯阻力装置（图10-4）；另有一种S形风车（图10-5），其具有部分升力，但主要还是阻力装置。这些装置有较大的启动力矩，但变速比低，在风轮尺寸、重量和成本一定的情况下，提供的功率输出低。

图10-4一般的垂直轴风力装置

图10-5S形垂直轴风力装置

组成风力发电系统的主要部件是塔架、发电机、齿轮增速器(一般为传动效率高的行星齿轮传动)、变桨偏航系统(按风力大小调整桨叶迎风面)、桨叶、联轴器、电控系统等。
风力发电技术采用空气洞力学原理，针对垂直轴旋转的风洞模拟，叶片选用了飞机翼形形状，在风轮旋转时，它不会受到因变形而改变效率等;它用垂直直线4-5个叶片组成，由4角形或5角形形状的轮毂固定、连接叶片的连杆组成的风轮，由风轮带动稀土永磁发电机发电送往控制器进行控制，输配负载所用的电能。
该技术原理根据空气片条理论，实际计算可选取垂直风机旋转轴的切面进行计算模型，按叶片实际尺寸，每个叶片的旋转轴心距离为N米;用CFD技术进行模拟气动系数计算，计算原理采用离散数字方法求解翼形断面的气动力，用网格方法对雷诺数流动涡量分布比较形成高雷诺数下对Navier-Stokes方程进行数字模拟计算的原理结果。

2009年，西门子在挪威的海域中建成了世界上第一台浮式风力发电机的原型，装机容量为2.3MW。原本设计寿命5年的小风机，目前仍在海上运转，为挪威的电网提供清洁的电力。现在，西门子正在苏格兰彼得黑德市25公里外的海域上建立世界上第一座浮式风力发电场，总共有六台西门子6MW的风力发电机，预计于2017年底竣工。届时这个风电场将可以为2万户家庭提供清洁的能源。对于海上浮式发电场，我们认为可以适用于水深达700米的海域，这个深度所涵盖的海域将包括美国的西海岸，日本的东海岸，以及西班牙，葡萄牙和法国等地区的海域。当风速过快时一般大于25米/秒，风力发电机就会开启保护模式。它会停止运转，叶片也会变浆，以减小风阻。同时，机舱采用了高强度的钢材，最大程度避免大风将机舱盖掀起的可能。此外，西门子的叶片还有个特殊的技术气动弹性叶片。打个比方，我们让风机叶片模仿芦苇，当风吹过时，叶片可以像芦苇一样产生一定的偏转和抖动，以降低强风对叶片造成的直接冲击力。除了应对台风，还有个敌人是雷击。毕竟海上风力发电机基本上就是附近海域上的最高点。被雷击的可能性也最大，我们做过统计，2003年到2010年间，丹麦的一个海上风电场中的72台风力发电机总共遭受了310次雷击。所以一套可靠的防雷击也是非常必要的。因为当水深超过50-60米后，安装水下基础的价格就变得极为昂贵，所以采用浮式风机将会极大的节省成本。此外，安装海上风机是一件复杂的事情，不仅要先安装基础，塔架，机舱，还要把叶片一个一个的安装上去。而且安装时对于海洋环境有着极高的要求，遇上坏天气就要停工，所以海上风机建造安装的成本很高。但若采用浮式风力发电机，则可以在码头的周围预先安装好，再由拖船运送到指定海域，可以很大的减少成本以及安装时间。

本身做过风电场项目，之前看到一种概念型风机，利用风场涡量振荡，利用摇摆动能来发电的风机，确实比较新颖。风作为一种流体，不是平平静静的流动，而是平静中带有波动，一般测风塔测出来的十分钟风速分为平均风速和标准差，标准差就是反应了风速的波动，标准差和平均风速的比值叫湍流，对于传统带叶片风机，湍流本身对风机运行是不利的，因为湍流会完成风机运行不稳定，影响发电的平稳输出，同时也会对塔筒和基础提出更高要求，根据iec标准，15米每秒的风速区间湍流强度决定了风机等级，工程师一般根据这个来选择风机类型。

做新能源投资有几个年头了，见过一些奇奇怪怪的风机设计。说一个我觉得可行性高成本低易普及的。传统风机最易损坏的部位即是连接风叶与turbine的齿轮箱。每年耗费在该部位的保险费用占运营费用的很大部分。齿轮箱的作用是将风叶的低转速转换为turbine所需的高转数。说完了传统风机，来说说这个“摩天轮”。在风叶外缘套一圈摩擦系数高的材料，在“摩天轮”底部平台放小N多号的小轮子，与风叶的轮外缘接触。因为直径差了很多，在大轮子带动小轮子时，即使大轮子转速不高，也可以带动小轮以高速旋转。再由小轮带turbine。整个设计摆脱了齿轮箱的束缚，维护费用与建设成本都大幅度降低。