风力发电原理和技术讲座ppt课件

1、风力发电风力发电一、概述一、概述 风能是由于大气的运动而构成的一种能源风能是由于大气的运动而构成的一种能源方式，其能量来自于大气所吸收的太阳能。方式，其能量来自于大气所吸收的太阳能。太阳辐射到地球的能量中有大约太阳辐射到地球的能量中有大约20转变转变成为风能。成为风能。 人类对于风能利用的利用历史长远，早在人类对于风能利用的利用历史长远，早在公元公元10世纪，波斯就出现了程度转动的风世纪，波斯就出现了程度转动的风磨，即以风车为动力的磨坊。公元磨，即以风车为动力的磨坊。公元12世纪，世纪，欧洲开场运用风车来抽水、捻磨谷物，以欧洲开场运用风车来抽水、捻磨谷物，以后，风车不断是主要的动力机械之一。到

2、后，风车不断是主要的动力机械之一。到19世纪中叶蒸汽机出现之后，风力发动机世纪中叶蒸汽机出现之后，风力发动机的运用才逐渐减少。我国开场利用风车作的运用才逐渐减少。我国开场利用风车作为动力大约在为动力大约在13世纪中叶。世纪中叶。 如今所说的风能利用主要是指风力发电。如今所说的风能利用主要是指风力发电。采用风力涡轮机发电的想象始于采用风力涡轮机发电的想象始于1890年丹年丹麦的一项风力发电方案，到麦的一项风力发电方案，到1918年，丹麦年，丹麦曾经投运了曾经投运了120台风力发电机。在台风力发电机。在20世纪世纪5060年代，由于内燃机开场广泛运用，年代，由于内燃机开场广泛运用，化石燃料本钱低廉

3、，而风力发电本钱较高，化石燃料本钱低廉，而风力发电本钱较高，与运用化石燃料发电相比不具有竞争力，与运用化石燃料发电相比不具有竞争力，使风力发电技术的开展近于停顿。使风力发电技术的开展近于停顿。 到到1973年石油危机之后，由于在西方国家年石油危机之后，由于在西方国家出现化石燃料的短缺，开场了运用现代科出现化石燃料的短缺，开场了运用现代科学技术开发风能的时期。学技术开发风能的时期。 能源、环境是当今人类生存和开展所要处能源、环境是当今人类生存和开展所要处理的紧迫问题。常规能源以煤、石油、天理的紧迫问题。常规能源以煤、石油、天然气为主，它不仅资源有限，而且呵斥了然气为主，它不仅资源有限，而且呵斥了

4、严重的大气污染。因此，对可再生能源的严重的大气污染。因此，对可再生能源的开发利用，已遭到世界各国的高度注重。开发利用，已遭到世界各国的高度注重。 风力发电逐渐走向规模化运用还是在进入风力发电逐渐走向规模化运用还是在进入20世纪世纪90年代以后，风力发电的装机容量年代以后，风力发电的装机容量开场以每年平均开场以每年平均20%以上的速度增长，已以上的速度增长，已成为世界上各种能源中增长最快的一种。成为世界上各种能源中增长最快的一种。2021年全世界风力发电的装机容量为年全世界风力发电的装机容量为109GW约约10万万MW，相当于，相当于100台台1000MW火力发电机组火力发电机组 风力发电快速增

5、长的缘由在于两个方面：风力发电快速增长的缘由在于两个方面：一个是经济开展对电力需求的快速增长和一个是经济开展对电力需求的快速增长和可继续开展的要求；另一个那么是风力发可继续开展的要求；另一个那么是风力发电技术的不断提高，风轮机的大型化、规电技术的不断提高，风轮机的大型化、规模化和高效化促进了风电价钱不断降低。模化和高效化促进了风电价钱不断降低。在很多地方，风电的价钱曾经接近或低于在很多地方，风电的价钱曾经接近或低于核电的价钱，表现出强劲的市场竞争力。核电的价钱，表现出强劲的市场竞争力。 由于化石燃料的价钱呈总体上升趋势，加由于化石燃料的价钱呈总体上升趋势，加之环保之环保(除尘除汞、脱硫脱硝除尘

6、除汞、脱硫脱硝)和二氧化碳减和二氧化碳减排的需求，化石燃料发电的价钱总体上是排的需求，化石燃料发电的价钱总体上是上涨的。因此，风力发电将成为上涨的。因此，风力发电将成为21世纪重世纪重要的电源方式之一。要的电源方式之一。 德国埃纳康德国埃纳康Enercon公司的公司的 E112型风型风力发电机最大输出功率到达力发电机最大输出功率到达6MW，该风力，该风力发电机全高发电机全高186m，风轮直径为，风轮直径为114m，风，风轮扫过面积为轮扫过面积为10207m2，启动风速为，启动风速为2.5ms，切出风速为，切出风速为2834ms，是目前世，是目前世界上最大的风轮机，如下图。界上最大的风轮机，如下

7、图。 2006年年10月，我国首台拥有自主知识产权月，我国首台拥有自主知识产权的的1.5MW风力发电机组在沈阳华创风能正风力发电机组在沈阳华创风能正式出厂。该机组的研制是国家式出厂。该机组的研制是国家“863方方案重点开发扶持工程案重点开发扶持工程“兆瓦级变速恒频风兆瓦级变速恒频风电机组的目的技术和产品，机组的胜利电机组的目的技术和产品，机组的胜利下线对于我国实现大型风力发电机组的国下线对于我国实现大型风力发电机组的国产化具有重要意义。此次产化具有重要意义。此次1.5MW变速恒频变速恒频风电机组的研制胜利填补了我国该项技术风电机组的研制胜利填补了我国该项技术的空白。的空白。 沈阳工业大学风能技

8、术研讨所是该沈阳工业大学风能技术研讨所是该“863工程工程的主要承当人，工程研制的的主要承当人，工程研制的“兆瓦级变速恒频风兆瓦级变速恒频风电机组及其电机组及其SUT系列产品具有系列产品具有100自主知识自主知识产权，曾经恳求了多项发明专利。产权，曾经恳求了多项发明专利。2006年年10月下月下线的两台线的两台1.5MWSUT-1500型风电机组于型风电机组于2007年年5月在内蒙古自治区正镶白旗明安图风电场并网试月在内蒙古自治区正镶白旗明安图风电场并网试车胜利，并投入自动运转。该车胜利，并投入自动运转。该SUT-1500型风电机型风电机组为三叶片、迎风式、双馈式变速变距功率调理组为三叶片、迎

9、风式、双馈式变速变距功率调理方式，发电机采用绕线异步发电机，具有小风区方式，发电机采用绕线异步发电机，具有小风区风能捕获效率高、输出电能质量优良的优点。首风能捕获效率高、输出电能质量优良的优点。首批机组的整机国产化率在批机组的整机国产化率在80以上。以上。 风力发电的优缺陷风力发电的优缺陷 1. 优点优点 风能是可再生能源方式，利用风力发电风能是可再生能源方式，利用风力发电有利于可继续开展。有利于可继续开展。 有利于环境维护。在目前的规模化发电方有利于环境维护。在目前的规模化发电方式中，如火电、核电和水电中，风力发电和式中，如火电、核电和水电中，风力发电和水力发电类似，是最干净、污染最少和对环

10、水力发电类似，是最干净、污染最少和对环境影响最小的、可再生的能源方式。燃煤电境影响最小的、可再生的能源方式。燃煤电站会产生二氧化碳站会产生二氧化碳CO2、氮氧化物、氮氧化物NOX、二氧化硫、二氧化硫SO2等对环境有害等对环境有害的物质。利用石油或天然气发电虽然可以减的物质。利用石油或天然气发电虽然可以减少污染物的排放，但也总有温室气体排放等少污染物的排放，但也总有温室气体排放等问题。核电是相对清洁的能源方式，在发电问题。核电是相对清洁的能源方式，在发电期间，污染排放要比火电少得多，但核废料期间，污染排放要比火电少得多，但核废料及核设备报废后的处置目前还没伺非常可靠及核设备报废后的处置目前还没伺

11、非常可靠而妥善的处置方法。而妥善的处置方法。 随着风电技术的日趋成熟，风电的本钱随着风电技术的日趋成熟，风电的本钱越来越低，可以和其他能源方式相竞争。越来越低，可以和其他能源方式相竞争。目前来看，风力发电的规模效应比较明显，目前来看，风力发电的规模效应比较明显，在风力发电机组单机容量在风力发电机组单机容量lOOkW、200kW时。它在本钱方面的优越性不突出，单机时。它在本钱方面的优越性不突出，单机容量达容量达450kW以上时就显示出来。国外风以上时就显示出来。国外风电电价已接近甚至低于常规电源。在我国，电电价已接近甚至低于常规电源。在我国，假设可以完成风电设备的国产化，降低投假设可以完成风电设

12、备的国产化，降低投资，那么我国风电电价有望更低。资，那么我国风电电价有望更低。 2.风力发电的负面影响风力发电的负面影响 间接的不可再生能源利用和污染物排放。间接的不可再生能源利用和污染物排放。风电本身是清洁能源，但风力发电机组的风电本身是清洁能源，但风力发电机组的消费过程、风电场的建造和安装过程也会消费过程、风电场的建造和安装过程也会耗费常规能源，所耗费的常规能源所呵斥耗费常规能源，所耗费的常规能源所呵斥的污染物排放是风电的间接污染物排放。的污染物排放是风电的间接污染物排放。 风电能够对鸟类呵斥损伤。国外曾有将风电能够对鸟类呵斥损伤。国外曾有将风电场建于鸟类迁徙途中，致使鸟类飞经风电场建于鸟

13、类迁徙途中，致使鸟类飞经该风电场时有很多被风轮机叶片击伤、击该风电场时有很多被风轮机叶片击伤、击死的教训。死的教训。 噪声问题，包括风轮机的机械噪声和空噪声问题，包括风轮机的机械噪声和空气动力学噪声。对于间隔居民区较近的风气动力学噪声。对于间隔居民区较近的风电场，噪声问题往往是很突出的。对于海电场，噪声问题往往是很突出的。对于海上风电场，就没有噪声问题的制约了。上风电场，就没有噪声问题的制约了。 对视觉景观的影响。很多地域的风电场对视觉景观的影响。很多地域的风电场不会对当地景观产生严重的负面影响，有不会对当地景观产生严重的负面影响，有的甚至作为观览工程之一。不过也有一些的甚至作为观览工程之一。

14、不过也有一些人觉得风电场对视觉景观呵斥负面影响而人觉得风电场对视觉景观呵斥负面影响而很难接受法国人就是这样以为的。很难接受法国人就是这样以为的。 对无线电通讯的干扰。对无线电通讯的干扰。 平安问题，如发生过叶片折断伤人或维平安问题，如发生过叶片折断伤人或维修过程中伤人的事件。修过程中伤人的事件。二、风力发电二、风力发电 风力发电的两种方式风力发电的两种方式 (1)离网型的小型分散风力发电安装。这种离网型的小型分散风力发电安装。这种风力发电机组的功率较小，在几个千瓦的风力发电机组的功率较小，在几个千瓦的量级，风力发电机组对风速的顺应范围广，量级，风力发电机组对风速的顺应范围广，对气候环境的顺应才

15、干强，维护维修简便，对气候环境的顺应才干强，维护维修简便，运用寿命长，消费技术成熟，适宜于家庭运用寿命长，消费技术成熟，适宜于家庭和遥远地域的小型用电负荷点。思索到风和遥远地域的小型用电负荷点。思索到风能的不延续性和不稳定性，通常需求配备能的不延续性和不稳定性，通常需求配备蓄电安装。美国、德国、瑞典和法国等国蓄电安装。美国、德国、瑞典和法国等国家都消费这种单用户小型风力发电安装，家都消费这种单用户小型风力发电安装，我国那么是消费和运用小型风力发电机最我国那么是消费和运用小型风力发电机最多的国家。多的国家。 (2)并网型大型风力发电安装。建立并网风并网型大型风力发电安装。建立并网风电场是风力发电

16、规模化利用的主要方式，电场是风力发电规模化利用的主要方式，风力发电机组的功率在风力发电机组的功率在100kW以上，目前以上，目前主流产品的功率在主流产品的功率在5001500kW，并且在，并且在向大型化的方向继续开展，最大的曾经到向大型化的方向继续开展，最大的曾经到达达6MW。丹麦、德国和法国是风力发电机。丹麦、德国和法国是风力发电机组消费技术比较领先的国家。组消费技术比较领先的国家。 2.风力发电安装风力发电安装 风力发电安装包括三个主要部分，即风风力发电安装包括三个主要部分，即风力涡轮机力涡轮机(简称风轮机简称风轮机)、传动变速机构及发、传动变速机构及发电机。其中，风轮机是风力发电安装的中

17、电机。其中，风轮机是风力发电安装的中心，式样很多，如下图。心，式样很多，如下图。 这些风轮机大体上可以分为两种类型：一这些风轮机大体上可以分为两种类型：一种是桨叶绕程度轴转动的翼式风轮机，这种是桨叶绕程度轴转动的翼式风轮机，这种风轮机又可以分为双叶式、三叶式、多种风轮机又可以分为双叶式、三叶式、多叶式，以及顺风式和迎风式等；另一种是叶式，以及顺风式和迎风式等；另一种是桨叶绕垂直轴转动的风轮机，如桨叶绕垂直轴转动的风轮机，如S型叶片式、型叶片式、戴瑞斯戴瑞斯(Darrieus)式等。式等。 程度轴的翼式风力发电安装主要由以下几程度轴的翼式风力发电安装主要由以下几部分组成：叶轮、传动机构部分组成：

18、叶轮、传动机构(变速箱变速箱)、停车、停车制动器、发电机、机座、塔架、调速器或制动器、发电机、机座、塔架、调速器或变速器、调向器等变速器、调向器等(如下图如下图)。 风轮机的气动原理风轮机的气动原理 当风速的方向与风轮转轴相重合时，桨当风速的方向与风轮转轴相重合时，桨叶受力与气流速度如下图。为了简便，图叶受力与气流速度如下图。为了简便，图中叶片断面是一片薄板，而实践的叶片截中叶片断面是一片薄板，而实践的叶片截面是翼型，但根本的速度分析和受力分析面是翼型，但根本的速度分析和受力分析是一致的。薄板式的叶片在现代风能利用是一致的。薄板式的叶片在现代风能利用之前是普遍的方式。之前是普遍的方式。 图中，

19、图中，x方向为风轮机的轴向，也是空气来方向为风轮机的轴向，也是空气来流方向；流方向；y向为叶轮的旋转平面，取半径为向为叶轮的旋转平面，取半径为r处的桨叶断面进展分析，各符号分别为：处的桨叶断面进展分析，各符号分别为： ut气流流过桨叶的速度；气流流过桨叶的速度； 桨叶的旋转角速度，桨叶的旋转角速度， r为叶轮旋转带来的牵连为叶轮旋转带来的牵连速度；速度； ur气流对桨叶的相对速度；气流对桨叶的相对速度； 冲角，即气流对桨叶的相对速度冲角，即气流对桨叶的相对速度ur与叶片迎风面与叶片迎风面之间的夹角。对于翼型断面的叶片，冲角为零也可之间的夹角。对于翼型断面的叶片，冲角为零也可以产生驱动力，但对于

20、薄板那么不行；以产生驱动力，但对于薄板那么不行； 楔角，即叶轮迎风面和叶轮旋转半面之楔角，即叶轮迎风面和叶轮旋转半面之I司的夹司的夹角；角； 气流对桨叶的相对速度气流对桨叶的相对速度ur与风速之间的夹角。与风速之间的夹角。 (1)气流对桨叶的作用力。对于桨叶，气流气流对桨叶的作用力。对于桨叶，气流的作用速度为气流对桨叶的相对速度。的作用速度为气流对桨叶的相对速度。 气流对桨叶的作用力可分解为两个部分：气流对桨叶的作用力可分解为两个部分： 1)与与ur方向一样的阻力方向一样的阻力D； 2)与与ur方向相垂直的升力方向相垂直的升力L。 这两个力的合力为总作用力这两个力的合力为总作用力R，R可以分可

21、以分解为风轮旋转平面内的解为风轮旋转平面内的(周向的周向的)分力分力Ry和和轴向程度分力轴向程度分力Rx,周向分力周向分力Ry 构成驱动叶构成驱动叶轮旋转的转矩轮旋转的转矩 Ry r，轴向分力，轴向分力Rx 构成对风构成对风轮的正面压力。轮的正面压力。 (2)最正确冲角。对于桨叶上的力，总是希最正确冲角。对于桨叶上的力，总是希望阻力较小而升力较大，升力和阻力的比望阻力较小而升力较大，升力和阻力的比值与叶型有关，并随冲角而变化。在值与叶型有关，并随冲角而变化。在L/D获获得最大值时的冲角为最正确冲角。得最大值时的冲角为最正确冲角。 由于在不同半径处的牵连速度不同，为由于在不同半径处的牵连速度不同

22、，为了使不同半径处坚持一样的最正确冲角，了使不同半径处坚持一样的最正确冲角，桨叶的楔角也应该随着半径而变化。即桨叶的楔角也应该随着半径而变化。即随着半径的增大，桨叶的楔角应减小。随着半径的增大，桨叶的楔角应减小。turarctan9090 (3)升力和失速。为了做图和阐明问题简单，升力和失速。为了做图和阐明问题简单，在图中采用了平板型的叶轮。实践中，叶在图中采用了平板型的叶轮。实践中，叶片上的升力不仅仅是空气分子撞击动叶这片上的升力不仅仅是空气分子撞击动叶这样简单，它不仅与冲角有关，还与叶型有样简单，它不仅与冲角有关，还与叶型有关。风机借用了一些飞机的技术，另外也关。风机借用了一些飞机的技术，

23、另外也开展了身手域的一些先进技术。飞机可以开展了身手域的一些先进技术。飞机可以飞起来的缘由是机翼上外表的空气流动速飞起来的缘由是机翼上外表的空气流动速度比下外表的快，这意味着上外表的空气度比下外表的快，这意味着上外表的空气压力低，这样就产生升力，如下图。因此，压力低，这样就产生升力，如下图。因此，风轮叶片的剖面往往不是直方型的，而是风轮叶片的剖面往往不是直方型的，而是采用翼型。合理的翼型可以减小阻力，提采用翼型。合理的翼型可以减小阻力，提高升力。高升力。 对于一定的叶型，当冲角增大时，能够会对于一定的叶型，当冲角增大时，能够会出现失速的景象。当飞机要快速地爬升而出现失速的景象。当飞机要快速地爬

24、升而向后倾斜时，在向后倾斜时机翼的升力应向后倾斜时，在向后倾斜时机翼的升力应该是增大的，但是，从实验中我们可以看该是增大的，但是，从实验中我们可以看到，在这一瞬问，机翼上外表的空气不再到，在这一瞬问，机翼上外表的空气不再紧贴机翼外表，而是因附面层分别而产生紧贴机翼外表，而是因附面层分别而产生涡流，导致升力的瞬间消逝，这一景象就涡流，导致升力的瞬间消逝，这一景象就称为失速，如下图。称为失速，如下图。 假设在叶片壁面上，沿着空气流动方向机假设在叶片壁面上，沿着空气流动方向机翼的外形变化过快，机翼将会失速。当然，翼的外形变化过快，机翼将会失速。当然，机翼的外形不会本人改动，这是由于机翼机翼的外形不会

25、本人改动，这是由于机翼相对空气流的冲角增大了，留意涡流是在相对空气流的冲角增大了，留意涡流是在机翼的背风面产生的。机翼的背风面产生的。 假设机翼或风轮机叶片的外表不光滑，会假设机翼或风轮机叶片的外表不光滑，会加剧失速。即使冲角相当小，机翼或风机加剧失速。即使冲角相当小，机翼或风机叶片上的一个凹痕或一小片黏带也会导致叶片上的一个凹痕或一小片黏带也会导致涡流。飞机的设计者显然不惜一切代价也涡流。飞机的设计者显然不惜一切代价也要尽力防止失速，由于没有了来自机翼的要尽力防止失速，由于没有了来自机翼的升力飞机就会像石头那样坠落。升力飞机就会像石头那样坠落。 不过，对于风轮机工程师而言，可以在不过，对于风

26、轮机工程师而言，可以在设计风轮机叶片时利用失速景象进展风轮设计风轮机叶片时利用失速景象进展风轮机控制。机控制。 2.桨叶效率桨叶效率(简化分析方法简化分析方法) 在桨叶的某一横截面上，桨叶获得的有在桨叶的某一横截面上，桨叶获得的有用功率和该点风的输入功率之比称为桨叶用功率和该点风的输入功率之比称为桨叶效率。效率。 根据前面的力和速度分析，在半径为根据前面的力和速度分析，在半径为r的桨的桨叶截面上，桨叶获得的有用功率为，而在叶截面上，桨叶获得的有用功率为，而在该点输入的功率为该点输入的功率为R，那么桨叶的效率为，那么桨叶的效率为 tttxyucotLD1LsinrtanLD1Lcosu)Dcos

27、(LsinrDsinLcosuRrR 令令 LDk turtan ，由于，由于 那么那么 ruk1uk1kcot1ktan1ttr 影响桨叶效率的要素影响桨叶效率的要素(如下图如下图) tur (1)k值越小，即阻力越小，升力越大，那么桨叶值越小，即阻力越小，升力越大，那么桨叶效率越大，当效率越大，当k0时，时，1。k与桨叶的设计和与桨叶的设计和运转时的风况有关。运转时的风况有关。 r/ut是牵连速度和风速的比值，当该值很大是牵连速度和风速的比值，当该值很大或很小时，桨叶效率都狠小。因此，风轮的圆周或很小时，桨叶效率都狠小。因此，风轮的圆周速度的比值存在一个最正确值。速度的比值存在一个最正确值

28、。 对于整个风轮机叶轮，桨叶叶尖速度与风速的比对于整个风轮机叶轮，桨叶叶尖速度与风速的比值值R/u是一个根本设计参数优化目的，称是一个根本设计参数优化目的，称为叶尖速度比，也称为高速特性数。为叶尖速度比，也称为高速特性数。 风轮机控制风轮机控制 风轮机的设计思想是尽能够廉价地消费电风轮机的设计思想是尽能够廉价地消费电能。风轮机的设计基于目的风场的风速条能。风轮机的设计基于目的风场的风速条件，因此风轮机普通被设计成在风速为件，因此风轮机普通被设计成在风速为815ms时具有最正确的性能，即有最大的时具有最正确的性能，即有最大的电能产出。人们不会花大力气把风机设计电能产出。人们不会花大力气把风机设计

29、在强风时有最多电能产出，由于强风天气在强风时有最多电能产出，由于强风天气不多见。不多见。 因此，在强风天气时必需浪费部分多余因此，在强风天气时必需浪费部分多余风能，以防止损坏风机。所以一切的风机风能，以防止损坏风机。所以一切的风机都设计有某种能量控制安装，在现代风机都设计有某种能量控制安装，在现代风机上有两种不同的平安实现方式。上有两种不同的平安实现方式。 (1)可调楔角控制风轮机。在可调楔角控制可调楔角控制风轮机。在可调楔角控制(pitch)的风力发电机上，风力发电机的电的风力发电机上，风力发电机的电子控制器每秒钟检查几次风力发电机的电子控制器每秒钟检查几次风力发电机的电能输出。当能量输出过

30、高时，它就会向桨能输出。当能量输出过高时，它就会向桨叶调理安装发出一个指令，后者将立刻把叶调理安装发出一个指令，后者将立刻把桨叶细微地转动一个角度，减小冲角使之桨叶细微地转动一个角度，减小冲角使之偏离最正确值；反之，当风速再次降低时，偏离最正确值；反之，当风速再次降低时，桨叶就会回复原来的最正确冲角。因此，桨叶就会回复原来的最正确冲角。因此，安装在轮毂上的桨叶必需可以绕风轮的径安装在轮毂上的桨叶必需可以绕风轮的径向纵轴转动。向纵轴转动。 在实践运转中，桨叶的角度调理是在转子在实践运转中，桨叶的角度调理是在转子旋转的同时完成的，叶片一次会转动一个旋转的同时完成的，叶片一次会转动一个微小的角度。微

31、小的角度。 采用可调楔角控制的风轮机要求准确的采用可调楔角控制的风轮机要求准确的工程设计来保证叶片恰好转动所需的角度。工程设计来保证叶片恰好转动所需的角度。可调楔角控制用计算机来实现，使风轮机可调楔角控制用计算机来实现，使风轮机在一切风速时桨叶都能坚持最正确角度，在一切风速时桨叶都能坚持最正确角度，以产出最多电能。以产出最多电能。 可调楔角控制安装通常都是液压驱动的。可调楔角控制安装通常都是液压驱动的。 (2)被动失速控制风轮机。被动失速控制被动失速控制风轮机。被动失速控制(stall)风轮机的桨叶以一个固定的角度风轮机的桨叶以一个固定的角度(即即安装角或楔角安装角或楔角)用螺栓固定在轮毂上，

32、因此用螺栓固定在轮毂上，因此其楔角是固定不变的。其楔角是固定不变的。 桨叶的几何轮廓是根据空气动力学原理设桨叶的几何轮廓是根据空气动力学原理设计的，类似于飞机的机翼。前面讲过，对计的，类似于飞机的机翼。前面讲过，对于翼型，攻角过大时会产生失速。对于飞于翼型，攻角过大时会产生失速。对于飞机，自然要防止出现失速的情况。但对于机，自然要防止出现失速的情况。但对于风轮机，那么可以利用失速的景象来实现风轮机，那么可以利用失速的景象来实现控制。当风速过高时，可以在叶型的背风控制。当风速过高时，可以在叶型的背风侧侧(吸力面吸力面)会产生涡流构成失速，从而减小会产生涡流构成失速，从而减小作用于转子的扭矩。作用

33、于转子的扭矩。 被动失速控制风轮机的桨叶是经过适当设计的，当实践风速增大到某一特定的数值时，桨叶的冲角就会到达失速边境，开场出现失速。 被动失速控制风轮机的转子叶片沿纵向是微螺旋形(也称为弯扭叶片)的，即楔角随着半径的增大而减小。除了前面引见的缘由外，这样做的另一方面缘由是确保当风速到达失速临界值时叶轮可以平稳失速而不要忽然全面迸发。或者说，失速是自叶根部位开场的，随着风速的添加逐渐向叶尖的方向开展。 被动失速控制的主要优点是防止了扭动叶被动失速控制的主要优点是防止了扭动叶轮转子本身的部分，而且不用复杂的控制轮转子本身的部分，而且不用复杂的控制系统。而另一方面那么出现了复杂的气体系统。而另一方

34、面那么出现了复杂的气体动力学设计难题，还有相关的风力发电机动力学设计难题，还有相关的风力发电机整体构造动力学设计的挑战，比如说怎样整体构造动力学设计的挑战，比如说怎样防止诱发失速的振动等。如今，世界上安防止诱发失速的振动等。如今，世界上安装的风力发电机组大约有装的风力发电机组大约有23采用的是被采用的是被动失速控制方式。动失速控制方式。 (3)自动失速控制风机。越来越多的大型风自动失速控制风机。越来越多的大型风机机(1MW及以上及以上)在开展自动失速控制安装。在开展自动失速控制安装。 自动失速控制风轮机技术上与可调楔角自动失速控制风轮机技术上与可调楔角控制的风轮机有些相像，由于它们都可以控制的

35、风轮机有些相像，由于它们都可以改动桨叶。为了在低风速时可以有足够大改动桨叶。为了在低风速时可以有足够大的力矩，这种风轮机通常设计在低风速时的力矩，这种风轮机通常设计在低风速时像可调楔角控制风轮机那样转动桨叶，从像可调楔角控制风轮机那样转动桨叶，从而获得最正确的冲角而获得最正确的冲角(不过通常只是根据风不过通常只是根据风速情况采取几个固定角度速情况采取几个固定角度)。 然而，当风速增大，风力发电机的出力到然而，当风速增大，风力发电机的出力到达额定功率时，就会表达出它与可调楔角达额定功率时，就会表达出它与可调楔角控制风轮机的重要差别：当发电机将要超控制风轮机的重要差别：当发电机将要超负荷时，它转动桨叶的方向与可调楔角控负荷时，它转动桨叶的方向与可调楔角控制风轮机的方向恰恰相反。可调楔角控制制风轮机的方向恰恰相反。可调楔角控制风轮机是经过减小冲角来使之小于最正确风轮机是经过减小冲角来使之小于最正确值，而自动失速控制的方法是继续添加冲值，而自动失速控制的方法是继续添加冲角，使桨叶失速来浪费多余的风能。角，使桨叶失速来浪费多余的风能。 自动失速控制的一个优点是可以比被动失自动失速控制的一个优点是可以比被动失速控制更准确地控制能量输出，以防止刚速控制更准确地控制能量输出，以防止刚起大