將風能轉換為電能的機械、電氣及其控制設備的組合。通常包括風力機、發電機、變速器(小、微容量及特殊類型的也有不包括變速器的)及有關控制器和儲能設備。按其安裝軸的方向可分為水平軸式和垂直軸式兩種。水平軸式套用較廣且技術最為成熟。
基本介紹
- 中文名：風輪機組
- 外文名：wind turbine generator system
- 組成：風輪，發電機等
- 用途：風力發電
結構介紹,發展背景,類型特點,恆速恆頻風輪機組,變速恆頻風輪機組,發展優勢,安裝選址,
結構介紹
風輪機組包括風輪、發電機；風輪中含葉片、輪轂、加固件等組成；它有葉片受風力旋轉發電、發電機機頭轉動等功能。風力發電電源由風力發電機組、支撐發電機組的塔架、蓄電池充電控制器、逆變器、卸荷器、併網控制器、蓄電池組等組成。
風力發電機組進行發電時，都要保證輸出電頻率恆定。這無論對於風機併網發電還是風光互補發電都非常必要。 要保證風電的頻率恆定，一種方式就是保證發電機的恆定轉速，即恆速恆頻的運行方式，因為發電機由風力機經過傳動裝置進行驅動運轉，所以這種方式無疑要恆定風力機的轉速，這種方式會影響到風能的轉換效率；另一種方式就是發電機轉速隨風速變化，通過其它的手段保證輸出電能的頻率恆定，即變速恆頻運行。
風力發電圖示
風力發電圖示發展背景
近年來，全球可再生能源利用年增長率達到25%．可再生能源的利用將以電力行業為主導，非水力可再生能源的發電比例將擴大兩倍。據統計，2002年可再生能源的消費雖約14億t油當量，2030年將超過22億t油當量。風能發電作為除水力發電外技術最成熟的一種可再生能源發電，其裝機容量占整個可再生能源發電裝機總容員的絕大部分。但是電力電子器件性能的限制，給大容量風電機組的研製及套用造成了一定的瓶頸。
此外，隨著風電場的容量不斷增加，當電網電壓發生跌落時，保證風電機組不脫網運行、維持區域電網的穩定顯得更加重要。隨著大功率的電力電子器件及其控制技術的發展，風電機組所面臨的低電壓穿越問題將能得到很好的解決。
風電場
風電場類型特點
恆速恆頻風輪機組
（1）機組結構簡單，適合在野外環境工作；
（3）當風速快速升高時，由於轉速不變，風能將通過漿葉傳遞給主軸、齒輪箱和發電機等部件，產生很大的機械應力，從而引起這些部件疲勞損壞。該類型風力發電機組由於在低風速區域效率低，主要套用於小功率、機組容量低於600kw的系統。
恆速恆頻風力發電機組在正常發電過程中，發電機定子繞組直接接入電網，其轉速由電網頻率確定．風力發電機組的轉速在整個運行風速範圍內保持恆定。
其優點是：不需要採用大功率全控開關器件進行變頻控制，降低整個機組的成本和控制複雜程度；
缺點是：整個風力發電機組的轉速恆定，使得機組在低風速區間內不能以員位葉尖轉速比運行，造成低風速區間內的能量損失。
變速恆頻風輪機組
變速恆頻風力發電機組由於其轉速能隨著風速的變化而變化．可以保證機組在低風速區域獲得最大的風能利用串．其效率比恆速恆頻風力發電機組高很多。
變速恆頻風力發電機組主要分為雙饋異步風力發電機組、永磁直驅風力發電機組和電勵磁同步半直驅風力發電機組。目的，雙饋異步風力發電機組為變速桓頻風力發電機組中的主流機型。
變速恆頻風力發電機組在正常運行過程中，其轉速隨著風速變化。
其優點是：在額定轉速以下，風力發電機組的轉速跟隨風速變化，保證機組運行在最佳葉尖轉速比點，使機組在低風速區間內獲得最大風能利用率；
其缺點是：由於電網頻率基本不變，而機組的轉速在一定範圍內變化，這就要求在發電機與電網之間增加全控變流器．以實現電網頻率與發電機轉速之間的解耦控制，因此，風力發電機組的成本和控制複雜程度會相應增大。
由於風電場一年內大部分時間段的風速都在額定風速以下，提高額定風速以下風力發電機組的風能利用效率是提高機組年發電雖的關鍵因素。另外，大功率的全控電力電子器件的出現，使得現代風力發電機組大都採用變速恆頻風力發電機組。
發展優勢
由於風電屬於新能源範疇，無論是成本還是技術同傳統的火電、水電相比還有較大的差距，因而風電的快速發展需要國家政策的大力扶持。縱觀風電發展迅速的國家如德國、西班牙、印度，無一例外地都給予風電產業巨大的政策優惠。中國對風電的政策支持由來已久，力度也越來越大，政策支持的對象也由過去的注重發電轉向了注重扶持國內風電設備製造。國家的政策支持將是風電設備製造業迅猛發展的根本保障，隨著中國國產風機設備的自主製造能力不斷加強，國家的政策支持力度也將越來越大，風電設備製造業面臨難得的歷史發展機遇。
中國正逢風電發展的大好時機，風電設備市場需求增加。另外，除了風電設備整機需求不斷增加之外，葉片、齒輪箱、大型軸承、電控等風電設備零部件的供給能力仍不能完全滿足需求，市場增長潛力巨大。因此中國風電設備製造業景氣持續。
風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。中國風能儲量很大、分布面廣，僅陸地上的風能儲量約2.53億千瓦。近5年來，世界風能市場每年都以40%的速度增長。預計未來20-25年內，世界風能市場每年將遞增25%。現在，風能發電成本已經下降。隨著技術進步和環保事業的發展，風能發電在商業上將完全可以與燃煤發電競爭。隨著電力行業競爭的不斷加劇，國內優秀的電力企業越來越重視對行業市場的研究，特別是產業環境的深度研究。
2012年12月各發電機組類型發電量情況：按發電機組類型來看：
水電發電量8641億千瓦時，同比增長29.3%，全年實現大幅增長；
火電發電量39108億千瓦時，同比增長0.3%，實現微幅增長；
火電
核電安裝選址
風速及風向的變化對風力發電機的發電量有著較大的影響，通常，塔架越高，風速越大，氣流越平穩，發電量越大。因此風力發電機的選址應慎重考慮，每一次安裝都不同，而且要考慮塔筒高、電池組的距離、當地規劃要求以及建築和樹木這些障礙物等因素。風機安裝與選址具體要求如下：
（1）風力發電機組推薦的最小塔高是8米或距離障礙物5米以上安裝範圍中心的100m範圍之內儘量沒有障礙物；
（2）相鄰兩颱風機的安裝應保持在8~10倍風輪直徑的距離；風機選址應避開紊流。選擇年平均風速較大的地區，具有較穩定的盛行風向，且風速的日變化與季變化小；
（3）風機高度範圍內的垂直方向的風速切變要小；選擇儘可能少的自然災害的地方；
選擇安裝位置時安全是首要關注的。因此，即使是在一個風速資源較不理想的地方安裝風力發電機，安裝時風輪葉片不得旋轉。
