技术
3 我国的风能资源
由于我国地形复杂，风的地区性差异很大，有必要将我国的风能资源的大体分布列出，以便于人们了解哪些地区有开发利用风能的潜力。
一般风能资源的潜力和特征用有效风能密度和可利用年积累小时数两个指标表示，根据有关气象资料，我国可利用风能地区有三个，即风能丰富区、较丰富区、可利用区，列表如下：
我国风能资源分布情况表
地区 数值 指标 风能密度W/m2 全年累积小时数
风速3～20m/s
(约3～8级风) 风速6～20m/s
(约4～8级风) 风速8～20m/s
(约5～8级风)
风能丰富区即东南沿海、山东、辽东半岛沿海和岛屿;内蒙、甘肃北部 >200 >5000 >2200 >1000
风能较丰富地区即沿海岸由风能丰富地区向内陆延展20～50km地带，三北地区，青藏高原中部和北部地区 >150 ≈5000 ≈1500 ≈800
风能可利用区即两广沿海，福建海岸由风能丰富地区向内陆延展50～100km地带，大、小兴安岭，三北中部，黄河、长江中下游及川西、云南部分地区 50～150 2000～4000 500～1500
4 风力发电机组的结构形式
风力机有垂直轴式和水平轴式两种，分别介绍如下：
4.1 垂直轴风力机
风轮轴线的安装位置与水平面垂直的风力机称垂直轴风力机。常见的结构有“ S”型风轮、戴瑞斯( Darrieus)式风轮和旋翼式风轮三种，如图2所示。戴瑞斯式风力发电机组，国内曾有人研制并安装运行，但运行时间不长就损坏了;旋翼式风力发电机组也有人研究并试运行过。从理论上讲，它可以不象水平轴风力机那样要求迎风装置，但它同样存在超过工作速度需要限速的问题。为了限速，其机构必然复杂，其结构简单的优越性就不复存在了。该风力机由于一些技术难题仍未得到解决，因此目前还没有进入实际应用阶段。
4.2 水平轴风力机
风轮轴线的安装位置与水平面夹角不大于15度的风力机称水平轴风力机。其风轮有双叶片式;三叶片式和多叶片式。按其迎风的方式又分为迎风式(上风式)和顺风式(下风式)。
这种风力机国内有比较成熟的技术，就其发电机的研究和生产而言其水平可以与其它国家比较。例如南京航空航天大学与该校江苏南航技术开发公司研制生产的FDS型风机，具有国际水平。
风力发电机组主要由风轮、传动与变速机构、发电机、塔架、迎风及限速机构组成。
(1)风轮
风轮是风力机的主体，受风的作用风轮旋转，将风能转化为机械能。它包括桨毂和叶片。桨毂的作用是将叶片和变速机构(或发电机)连接起来，叶片作用是接受风能。
(2)发电机
发电机是将旋转风轮的机械能转化为电能。
大型风力发电机大多为异步电机。
小型风力发电机主要是低速永磁发电机，这主要是因为小型风力发电机的风轮直接耦合在发电机轴上，省去了升速机构，这就要求发电机只有几百转/分，所以采用低速发电机。
(3)塔架、迎风机构和限速机构
大型风力发电机以前主要用三角钢制成塔架，现在则采用了大小头圆筒(象拉杆天线)，每节之间用法兰盘连接，这样运输时上节放在下节里，非常方便。钢管成架后，计算机、电缆、设备全部放在钢管内，又非常实用。
小型风力发电机就用几节相同的圆钢管以法兰盘连接起来，它可根据地形及风况决定使用几节，然后用四根钢索固定在地面上。
大型风力发电机组迎风及限速机构全部采用了传感器及计算机结合的自动调节系统，按设定的技术参数自动发电，并网、限速和调节。
小型风力发电机的迎风机构主要靠风尾，只要风尾设计得合理，其对风性能完全可以满足技术要求。小型风机的限速方法比较多，主要是偏转机构，仰头机构，离心机构等。目前使用较多的主要是偏转机构，在风速超过工作风速时，由于侧偏的作用，风轮受力超过额定要求，会自动偏离，使之不正常迎风。如图4b所示。南京航空航天大学研制了自动变桨距的风力发电机组，在风速超过工作风速范围时，它会自动改变叶片的迎风面，以减小风力机叶片的受风面，不致使之速度上升，而风速回复到工作风速范围时它会自动恢复正常状态。该型风机曾在海岛及热带风暴多发地区运行，经受了热带强风的考验。
(4)储能设备及逆变器
小型风力发电机不可能采用大型机的方法自动并网，而且使用小型风力发电机多是偏远地区。由于风速的多变，使得风力发电机的电压及频率变化，不可能直接被负载利用，这就出现了储能环节，以便从储能设备中提取能源。一般小型风力发电机使用蓄电池储能，先用整流器将发电机的交流电变成直流电向蓄电池充电，然后用逆变器将蓄电池的直流电变换成交流电，供给负载。整流器和逆变器可以做成两个装置，也可以合为一体。多年的风力发电机运行表明，风力发电机的逆变器所要着重解决的是可靠性及寿命，而不是技术性能指标。风力发电机用的逆变器所面临的负载不象一般通讯和计算机设备，它必须能保证常年不断的使用，又要承受风速、负载变化的冲击。目前小型风力发电机用逆变器虽已比较完善，但是在实际应用中仍然存在一些技术难题。
5 风力发电机存在的问题
5.1 市场问题
大型风力发电机主要由国家计委、原机械部、电力部、航空部组织实施，它更受到风源条件的制约。小型风力发电机目前处于低潮时期，其生产厂家已从几十家降到目前的几家。除受经济发展的影响外，主要还有一个认识过程，生产厂家很少盈利。但是，由于它是清洁能源，对环境无污染，又由于我们国家地形复杂，人口又多，居住分散，对于电网涉及不到的地区，特殊行业，仍然可以补充大电网的缺陷，起到拾遗补缺的作用，可以利用小型风机风力发电机的地方主要有：
(1)航运系统
我们有长江等水系几条大河流，如长江航运中的拖船，一般在100-200吨，经常被搁置在江中间的锚地上，用电主要靠蓄电池。使用风力发电机对蓄电池补充充电效果很好，这方面有成功的经验。但是，由于国有运输企业的不景气，影响了市场。
另外，我们大小河流湖泊上的船舶数量惊人，用小型风力发电机解决它们的照明、收视电视、听广播，有很重要的意义和市场。
