1、 中文 5091字 小型风力发电机入门 历史 在美国相当长的时间 里 ，风 能 一直是一个重要的能量 来源。机械风车是两个 “ 高科技 ” 的发明之一（另一个是 带刺的 铁丝网），这促进了 我们的西部边界在 18世纪后期的 发展。自从 1860年，超过 800万的机械风车已安装在美国，有些风车已运行了超过一百年。早在 1920年和 1930年，整个中西部地区一些农家已 经 使用 200-3000瓦风力发电机来供应电灯、收音机 和厨房用具等 。 在 70年代末和 80年代初，风能作为一种可以解决能源危机的办法，再次受到关注。作为用户和农民的期待，小型风力发电机以各种电力生产可再生能源的替代品，成
2、为最符合成本效益的技术 ， 其成本 也在减 小 。 在 1976-1985年之间， 税收抵免和良好的联合条例 （ PURPA）， 使 人们把 4500多 个小型、 1-25万千瓦的风力系统安装到 个人家庭里。另外 1000个风力系统在同一时期 也 被安装在各种远程应用上。小型风力发电机被安装在所有 的 五十个州。然而，没有一个小型风力发电机组的国有大公司致力于长期的市场发展，因此，在 1985年年底，当联合政府税收抵免过期，石油价格下降到 10美元每桶的两个月后，大部分的小型风力发电机组行业再次消失了。有些公司认为，这幸存的 “ 市场调节 ” ， 在生产小型风力发电机组的今天，那些机器是最可靠
3、的 ，其声誉是最好的。 成本因素 在很多方面光伏技术是一个有吸引 力的技术，但成本因素是考虑 的问题之一。那些在 家 庭 、事 业、或远程设施等 方面 有需要的用户， 功率 超过 100-200瓦的 小型风力发电机 ，可能是一个有吸引力的替代方式。举例来说，在 50瓦特规模水平，某小型风力发电机组的费用约为 8.00美元 /瓦特 ， 相比约为光伏模块 6.00美元 /瓦特。这就是为什么对于很小的负载光伏技术的费用较低的原因。不过，由于该系统规模较大，这个 “ 经验 规则 ” 推翻了自己。在 300瓦特风力发电机组的成本下跌至 2.50美元 /瓦特时（ 1.50美元 /瓦特在西南空气风能事件中）
4、 ，而光电成本仍然为 6.00美元 /瓦特 。 1500瓦特风 力 系统的成本下降到 2.00美元 /瓦特， 一个 10000瓦特的风力发电机 的成本 （不包括电子产品）下跌至 1.50美元 /瓦特 。光伏和风能在监管和控制 方面 的成本，基本上是相同的。出人意料的是，风力发电机的塔的成本，相当于光伏架子和追踪系统的成本。因为有大量的连接，所以光伏系统的线路接线的成本通常较高。 对于连接到公用电网的用户，小型风力发电机，通常是最好的 “ 下一步 ” ，毕竟 其 保护和效率 等方面 已 经 有所改善。一个典型的家庭 每月 消耗用电 800-2000千瓦时 和 4-10千瓦风力发电机或光伏系统，以
5、满足家庭需求。在这种情况下，风力发电机已不再昂贵。 可靠性 在过去，可靠性是小型风力发电机组产品的 “ 要害 ” 。在 70年代末，为了提高其可靠性，所以对小型发电机进行了良好的设计。今天的产品，在先进的技术上超过了早先的技术，可靠性也大致增加了。小型发电机，现在可运作 5年或更长时间，甚至在环境恶劣的地方，也不需要维修或检查，担保可使用 5年。这个系统的可靠性和运行成本与光伏系统是一样的。 风能 风能是地球表面受热不均匀所产生的太阳能的一种形式。最好的 风能资源在海岸沿线、山上、北部各州，但是在大多数地区都能发现这种可用的风力资源。作为一个 动力源 ， 风能 比太阳能较难预测 ， 但 通常
6、它 在一天 内能 供 应 更多 的 时间 。风能资源 因为 受地形及其他因素 的影响 ， 使它 比太阳能更 方便获得 。 例如， 在丘陵地形 ， 你和你的邻居 ， 有可能 接收 到完全相同的太阳能资源。 但 因为你居住在很好的位置上， 是 一个 能 更好的接触到当时风向 的地方 ， 你 就 能 比你的邻居接收 到 更好的风能资源 ， 反过来说 ， 如 果你的位置 是沟壑或背风面的山 ， 你的风能资源利用就 要 大大降低。在这种情况下 ， 与 太阳能 相比，应该更周密的 考虑 风能 。 风能 是 遵循 季节性模式 的 ， 在冬季 的 月份 很高 而 在夏季的几个月 却很低。 这 和太阳能刚刚相反
7、 。基于这个原因 ， 在混合动力系统中 风能和太阳能系统协同工作。 这些混合的系统为小型风能制造商们提供了一个更细分的市场 光伏系统 ， 以扩展 他们的风能系统。 风力 发电 机 大部分 风力发电机是 水平轴螺旋桨式系统。垂直轴系统 ， 如 S -转子式萨沃纽斯型系统 ， 已被证明是很 昂贵 的 。 横向轴风力发电机 一般 包括 一个 螺旋桨 ， 一台发电机 ， 一个 主机 和一个尾舵 。 螺旋桨将 获取 的 风 能转换成旋转运动 ， 以驱动发电机。 螺旋桨 通常由两个或三个叶片 组成 。由 三个叶片组成的系统比 两个叶片的更有效率 ， 运行更平稳 ， 但他们 需要 的成本 更多。 叶片通常是
8、 由木 料 或玻璃纤维 制成 ， 因为这些材料 中 有 它 需要的结合强度和柔韧性 （ 他们不干扰电视信号 ） 。 发电机通常是 为风力发电机组专门设计的 。永磁交流发电机 因为他们无需实地绕组而广 受欢迎。低速直接驱动发电机 的 一个重要特征是系统使用了一般尚未可靠的变速箱或带。 主 机是风力发电 机 的 重要结构 之一 ， 它包括 用来 连接旋转 （ 通过 这点 ， 可以 改变风向 ） 的风力发电 机和固定接线线路的 “ 滑环 ” 。尾部排列的转子可以是防护超速的一部分。 风力 发电机产品的开发是 很 困难的 ， 而且许多早期的 系统也 不是很可靠。 光伏模块是很 可靠 的 ， 因为 通常
9、 它没有任何运动部件 ， 在以后 光伏组件将越来越可靠 。 在 一方面 ， 一个风力 发电 机必须有运动部件和可靠性 ， 一个 机器 的特性 是由 工程和设计的 技术层次 决定的 。 在另一方面 ， 从一个系统到另 外 一个系统 ， 在可靠性 、 耐用性 和 期望寿命等方面上 存在 很大差异 ， 这给经常工作在太阳能组件的经销商和顾客上了一课。 塔 架 一个风力发电 机必须 能够高效率地运 行。湍流 是最 接近地面 的 。此外 ， 风速随高度 的增加而增加 。 经验之谈 ， 你应该 根据每个风力发电机的特点 为风力发电 机 安装一个 适合的 塔 架 。 为了让风轮在地面上较 高的风速带中运行，
10、需要用塔架把风轮支撑起来。 举例来说 ， 1 250瓦特 发电机 往往是被安装在一个 30-50英尺 的 塔 架上 ， 而 10千瓦发电 机通常会需要一个 80-120英尺 的塔架。我们不推荐在人们居住的小型建筑上 安装风力 发电 机 ， 因为湍流 、 噪音和振动是一直存在的问题。 最便宜的塔架是拉线 塔 ， 例如那些常用于 无线电 的 天线。 规模较小的拉线塔往往 建造 成 管状。自支撑塔 架 一般建成 格子状或管状 ， 占用更少的空间 ， 更具有吸引 力 ， 但它们也更昂贵。塔架所用材料一般是木杆或铁管，也可以采用钢材做成的桁架结构。 电话 线 的连接杆 结构 也 可用于规模较小 的风力
11、发电 机。塔 架 ， 尤其是拉线塔 ， 可铰接 适当的装备 上 ， 用绞车或车辆 让他们倾斜向上或向下。 所有地面的工作都要做 。 一些塔 架和发电 机可以 由买方 很容易地设置 ， 而有些则是最好交由受过训练的专业人员 做 。 不论选择什么样的塔架，目的是使风轮获得较大风速，同时还必须考虑成本。 塔 架 通常是 有风力发电机的制造商 所提供的 ， 以确保适当的适应 性。 远程系统设备 作为远程系统设备， 系统 平衡设备被 小型风力发电机组 所使用着 。 大部分风力发电机组需要对 电池充电储存方面 进行 设计 ， 以防止充电过度而造成不必要的损失 。 目前采用最多的储能方法是利用蓄电 池把电能
12、储存起来。 该调节器是专门 为特定发电机设计的 。光伏 调节器 一般不 适合小型风力发电机组 的使用 ， 因为 设计他们不是 来处理 和发现发电机的 电压和电流的变化 的 。调节器 的生产通常与 直流源中心 有关系 ， 它也可以 作为其它 直流 源 、 负载及电池的 连接点。光伏 系统 和风能系统 的 混合动力系统 通过 把 单独的监管机构 连接到直流源中心 ， 但没有特别的管制措施。小型风力发电机 的 一般 经验 规则 是 蓄 电池至少应为最高可再生能源的充电电流 的 6倍 ，包括任何光伏 要素。 做你自己的 公司 在 1978年 ， PURPA联 合 条例 通过 ， 允许你为你的房子或工作
13、 连 接 一个合适 的可再生能源供电的发电机 ， 以减少你对公用 供电 的消费 。法律 同意 规定 购买任何 额外的电力 ， 在价格 上 （ 避免成本 ） 通常低于 电力 的零售成本 。 在约一半的 国 家有 “ 净能量计费选项 ”， 小系统是允许运行反向计量的 ， 所以 过剩的产量使他们得到足够 的 零售费率 。由于 为保持 特殊 的 手工处理客户帐户 和 净能源帐单 ， 过高的间接费用其实是没必要的 。这些系统不使用电池。风力发电机组 的 蓄电 是 由 整流换向逆变器和 感应发电机 相互协调 的 。 然后其 电能 连接到家庭的 机 器 面板上的专用断路器 上 ， 就像一个大型家电。 当风力
14、发电机组没有运行 ， 或者它 不够提供这个屋子所需要的电 力时 ， 需要的电力由蓄电池提供 。同样 ， 如果 发电机产生的电能超过了房子的电能消耗 ， 多余的电能就会即刻 存到相应的地方 。实际上 ， 作为一个非常大的电池储备装置 ， 蓄电池 作为 风力发电机组的 一个负面的负荷。经过 200000000小时的相互运作 ， 我们现在知道小 互联风力发电机是安全可靠 ， 也不会干预 用户 的 任何 设备 ， 其 成功地运作也 不需要任何特别的安全设备。 在 20世纪 80年代初，到税收抵免的时候 全国各地数以百计的用户 安装了 4-12千瓦 的 风力发电机组 ， 现在 每月电费 为 8-30美元
15、 ， 而他们的邻居 电费 的范围 在 100-200美 元不等。 当 然 这个问题 是这些税收抵免早已远去的时候 ， 大部分房主并没有 觉得 一个合适的风力发电机的 成本 是昂贵 的 。 举例来说 ， 10千瓦 的发电 机 （ 对家庭用户来说最常见的配置 ） ， 通常的 安装 费用为28000-35000美元 。对于那些支付 12美分 /千瓦小时或更多 ， 平均风速 每小时 10英里 或风速更高的地区 （ 能源部 2级 ） ， 且有较大的土地使用权 （ 发电 机大 ） 的用户来说 ， 一个 家用发电机 肯定是值得考虑的。投资回收期一般 是 8-16年 ， 有些风力 发电 机 是过去 30年或更
16、早时间 设计 的 ，所以投入的资金可以收回 。 效 果 一个风力 发电 机 的额定功率不是比较一 个产品和下一个产品的 好的 因素 。这是因为制造商可以根据 风速来自由选择 发电机的 额定速度 。如果额定风速不一样 ， 那么两 个产品 相比较 是 有误导之嫌 的 。幸运的是 ， 美国风能协会已经通过了一个 评价能源生产性能的标准 方法。 遵循 AWEA标准 的制造商 将提供 在各年度平均风速时每年的能源输出 （ AEO）的 资料。 每年 能源输出 的数据就 像环保局 为你的车估计气体 英里数一样 ， 他们让你 公平的比较产品 ， 但他们不告诉你 实际你要做些什么 （ “ 你们的表现可能有所不同
17、 ” ） 。 能源部门已 为美国 编制了风力资源地图 。 这些 地图显示的 PC资源意味着平均风速可能会在一定 幅度内浮动。 PC越高 其 资源 更好 。 这种情况 可能是因为地形的影响。 能源部的地图显示 开放式 的 地形相当不错 ， 但在丘陵或山区 ， 他们必须 谨慎 使用 。风力资源是指一个标准风速传感器的高度为 33英尺 （ 10米 ） ， 因此你 在使用制造商所提供的 AEO资料之前 ， 必须 通过 平均风速校准风塔的高度 。风力 发电 机制造商通常可以 在几乎任何地点为他们的发电机 提供电 脑辅助的效果 预测。 作为一个 风能经验法则 ， 当远程应用超过每小时 8英里 （ 大部分 ， 但不是全部 ， 第 1级 和所有其他级 ） 和每小时 10英里 （ 第 2级或更高 ）时 应考虑 你的平均风速。 如果你住在一个 不是 多丘陵的 地区 ， 在你的位置上 能源部风能资源地图 可以 清楚地 准确地计算出预期的 风力发电机的 效果 。 在 复杂地形时 ， 该位置上的判断 也必须 用这种效果预测来 调整平均风速。在大多数情况下 ，安装一个小型风力发电机组 是没有必要 记录 监测 到的同一 风速 的 。但在某些情况下 ， 它是值得
