风 力 发 电 设 备 介 绍

unknow

给关注风力发电的爱好者。我的课程论文。
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风 力 发 电 设 备 介 绍

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李杰 lijie0321@yahoo.com.cn  10509111   化工机械研究所

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摘要：风能是21世纪最具发展前景、储量丰富、清洁的可再生资源。我国在离网小型风力发电技术上取得很大成就，但是在并网大型风力发电设备的研制上仍远远滞后于国际社会。大型风力发电设备多种多样。水平轴风电机在风电行业占绝大多数，垂直轴风电机也是一种技术成熟的风电机组，高空风电机——风筝风电机（KitGen和FEG）具有占地面积小、能产生巨大能量、有着广阔的应有前景，扩散型风电机在各类叶片设计上得到了较多的采用，旋风型风电机和建筑物风电机等技术正在逐步走向成熟。
关键词：风力发电 水平轴 垂直轴 高空发电 KitGen FEG 扩散型 旋风型 建筑物型
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$ W$ T$ l- X5 f: I[ 本帖最后由 unknow 于 2007-3-16 14:43 编辑 ]

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1.前言
1.1世纪风能利用
1 D- ]: W2 C) p% s; j# }; @  }风能是一种储量丰富、清洁、可再生、最具发展潜力的新能源。太阳的辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分布不均，从而使空气沿水平方向运动，空气流动所形成的动能成为风能。风能利用包括：风力发电、风帆助航、风车提水等。
风力发电是风能利用的主要形式。风力发电的直接驱动力就是环境污染和能源短缺（1973年的石油危机）。1891年，丹麦建成了世界上第一座风力发电站。目前人类进入了大规模利用风力发电的新阶段。2003年，全世界风电的电量约为822kWh，占当年各种电源总电量的0.5%，并且保持着超过30%的平均增长率。同时，随着技术的不独成熟和规模的断扩大，丰电成本也在不断的降低，1999年世界风力发电成本仅为4.9美分/度。
5 [8 D; k  z: n: P( W9 U2003年，世界风电开发利用的前10个国家如表1所示。“Wind Force12”在2004年发表了2005~2020年世界风电和电力需求增长的预测报告，具体如表2所示。
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表 1 2003年世界累计风电装机最多的10个国家（104kW)

项目	德国 $ \6 J/ E" H% c9 Z/ D) v0 {& a	西班牙 ! U& C3 [2 s3 r1 u; Y! I	美国 8 k; K& S2 q' @/ B2 L; D0 L4 H* z	丹麦	印度 7 i8 D. X  D! z	荷兰 ! U/ `, K, I( Q/ J' u	意大利	日本	英国 - y$ f. i' {8 v. V	中国 0 Z: V0 u' e& h- w. V! `- }
当年 9 ?# R0 C0 E6 L9 Y1 ~- c- |	267 0 k' r$ ]/ B6 ]: c' P' @) b5 v6 k5 ~	138	169 , k7 Y8 j; u6 u6 J	22 5 A( [9 g5 m! h: @6 z2 I, ~	42 ( O% P3 u. x2 U	23 9 p6 _# t7 `1 }) q- [& V* k	12	28 4 G. q! h1 N- H( n+ ?	20	10
累积	1461	642	636 ' D6 ~$ z' q( i3 `	308 ; w! r* y' b: M9 T	213	94	92   I  S0 D  v" k& a. a0 r' }	76	76	57
比例	36.3%	15.9%	15.8%	7.6%	5.3% * G. ?0 j( V0 u. o  i	2.3%	2.3%	1.9% 3 d  l: S* d& Y; y	1.9% 3 t- m/ F) q- t7 W8 k. g* e	1.4% + _. v6 W4 m3 `2 Z9 Y

资料来源：丹麦BTM公司，2004年
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[ 本帖最后由 unknow 于 2007-3-16 14:26 编辑 ]

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表 2 2005~2020年世界风电和电力需求增长的预测

年份	当年装机容量增长率/%	年装机容量/108kW	累计装机容量/108kW	风电年电量/1012kWh	世界电力需求/1012kWh	占世界电力的比例/%
2005	25	0.13	0.64	0.13	17.57	0.76
2007	25	0.20	1.00	0.22	18.52	1.2
2010	25	0.40	1.98	0.43	20.04	2.2
2012	20	0.57	3.03	0.74	21.04	3.5
2015	15	0.95	5.49	1.35	22.64	5.9
2020	10	1.59	12.45	3.05	25.58	11.9

资料来源：《Wind Force 12》，2004年5月修订版
由上表2可知，世界正掀起一股风力发电热潮。预计到2020年风电装机12.45亿千瓦，风电电量3.05万亿度，占当时世界总电能消费量22.58万亿度的11.9%。
由于风电场中采用大的涡轮风机比小的更加经济，故单机容量增大；涡轮风机叶轮浆叶不断增长，捕捉风能效率更高；塔架高度不断上升，获得更高的风能；风电机组的控制技术日加完善；发展海上并网风力发电风场等等。

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1.2我国风电发概况
我国的风力发电也取得了举世瞩目的成就。目前风力发电设备以离网户用小型风力发电为主。我国的小型风力发电经过了六个发展阶段如图1所示。截止2002年底，我国共生产小型风力发电机组28，477台，总装机容量为6.414GW，年发电量8128kWh。目前，我国小型风力发电机组保有量、年产量、生产能力均列世界之首。
我国的并网风力发电行业发展历程如图2所示。截止2002年底，我国共建立了32个风电场，总装机容量达到466.2MW。其中单台风电机组容量以600kW为主。然而我国风电国产机组所占比率很低，截止1999年底，我国风电厂安装国有机组29台，总装机容量为8.35MW，其机组数量和装机容量占同时期全国风电的4.9%和3.2%。其中，百千瓦级的中型风电机组共19台，总装机容量为7.8MW，占全国风电总容量的3%。国产机组在国内风电市场中居然不能占有一席之地，都被外国巨头风力发电公司盘踞，具体如图3所示。

1.3开发大型风电设备的必要性
* q$ p6 I- B( p9 l, _% S- S风电机组的生产和制造水平是反映一个国家风力发电水平的重要因素。我国正在向称为世界制造工厂的大国迈进，但是目前国内生产型企业多，研发型企业少，机械行业存在着很大的滞后现象，从风电行业就可窥一斑。目前我国国产的大型风力发电机组，要么是科技攻关的样机，由于技术质量问题，人需继续改进；要么是引进国外技术或与国外厂商合作，自主知识产权薄弱。
) c) a: Q& J  D' l/ b( o7 k因而本文在介绍大型风电设备国内外发展情况和风电设备基本结构的基础上，着重探讨大型风力发电机组的几个关键设备技术的发展。
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[ 本帖最后由 unknow 于 2007-3-16 14:29 编辑 ]

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2风电发电设备
! k  j$ f( c+ K2 T' B" Z- f目前，成熟的风力发电设备按主轴的方向不同，分为水平轴和垂直轴两类。除此之外，还有扩散型风力机、旋风型风力机、建筑物风力机及高空风力发电装置等。
1 b" U. G5 ^3 q9 j" J* x2 h2.1水平轴风电机
8 m- I. L/ f) P2 F' a水平轴风力发电机一般由风轮（叶片）、发电机、齿轮箱、偏航机构、刹车系统、塔架、控制器等几部分组成，具体如图4所示。目前，全世界水平轴发电风机占统治地位。
$ l% Y5 m% F& q2 R5 b叶片是集风装置，其作用是把流动空气具有的动能转变为风轮旋转的机械能。一般风力发电机的风轮由2个或者3个叶片构成。叶片在风的作用下，产生升力和阻力，设计优良的叶片可获得大的升力和小的阻力。发电机是把叶片旋转产生的机械能转变成电能，通常有直流发电机、同步交流发电机和异步发电机。齿轮箱将风轮的输入转速放大，并输出到发电机上，通常为平行轴传动与行星传动的组合结构，齿轮为支持或者斜齿轮。偏航机构的作用在于尽量使风电机的风轮随时都迎着风向，从而最大限度的获得风能。刹车系统在风速过高时可以使风轮停转，以保证风电机在特大风速下的安全。塔架势风力发电机的支撑机构，小型风电机采用管式塔架，以钢管为主体，并在4个方向上设置张紧索；大型风电机采用角钢或者圆钢组成的桁架结构。

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图 4 水平轴风力发电机结构

2.2 垂直轴风电机（立轴式风电机）
垂直轴风电机比水平轴发电机问世的要晚些。1924年出现了萨窝纽斯（Savonius）式风轮，1931年出现了戴瑞斯（Darrieus）式风轮。最初人们普遍认为垂直轴风轮的尖速比不可能大于1，风能利用率低于水平轴风力发电机，因而垂直轴风电机长期得不到重视。随着风电技术的不断发展，仅仅阻力型Savonius式风轮的尖速比不能大于1，而升力型Darrieus式风轮的尖速比甚至可以达到6，并且其风能利用率不低于水平轴。具体的Darrieus式垂直轴风轮如图5和图6所示。
4 f: S! n: B  D0 l  K一种新型的旋流式立轴风力机，如图7所示，其工作原理为：轴座标凸面受风一侧的叶片具有导流作用，当风吹到叶片的凸面之后，必然改变方向，再作用到前面叶片的凹面，产生凹面扭矩，这就增大了凹面扭矩的值，降低了凸面扭矩值，从而提高了能量利用率。进入风轮空间的气流在流出风轮空间时，又一次作用在叶片的凹面上，再次形成凹面扭矩，增大了推动风轮转动的扭矩差。
$ S, Q; q# v) ]& g$ n/ `! X/ ^世界上最大的Darrieus式风机是安装在加拿大马格达轮岛的200kW发电机组，其风轮直径为24m，高度39m，机组全高46m。2006年7月，国内第一台具有完全自主知识产权的50kW垂直轴风电机组小型试验样机，落户内蒙古自治区乌兰察布市化德县。鉴于垂直轴风机特点：主要设备在地面，维护检修简单；任何风向都可以发电，不需要对风装置；风机叶片比较简单，容易制造，生产成本低。预计将在2007年上半年安装试验1500kW垂直轴样机，而后实现风机制造产业化。
4 d2 K& h7 T2 Q5 i图 5 Darrieus式Φ型风轮
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图 6 Darrieus式H型风轮

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图 7 旋流式立轴风力发电机

6 d; U1 E% O( X; V- t' V- u5 C2.3高空风电机
5 O( {) A7 N% R& U0 t高空风电机的提出是由于在3万英尺的高空中，长年有着超过海平面20倍的强风，可以说是良好的风力发电的场所。其中意大利和澳大利亚分别成功开发出了极富创意、极有发展潜力的高空风电机。

意大利学者马西莫·伊波利托，领导着一个20人的团队，在经过6年的艰苦研究和申请了7项专利后，在2006年10月11日程控研制出风筝风力发电机KiteGen，风筝电站如图8所示。其工作原理为：风筝在高空风力作用下，带动固定在地面的旋转木马式的转盘，转盘在磁场中旋转而产生电能。风筝的运动由传感压电装置和通信系统以及智能控制系统，通过连接缆绳控制，以保证其带动转子的旋转运动。
+ K' u: g) V' N8 j1 {/ ~其中，压电传感技术是利用航空电子传感器（仅50克重，能实时传回机翼在空中的位置信息）的原理开发的，传感器如图9所示。传感器传回的数据输入计算机，这样就可控制连接在转盘上的风筝的两翼的方向和角度。此外，控制部分还必须有防撞雷达系统，能对可能出现的飞机或其它飞行物发出预警信号并收回风筝。同时，在铰盘和臂杆上必须有由计算机控制的风力平衡装置，以防止从风筝来的风对底座转盘的冲击。
1 p5 a( O# j3 ^! w鉴于其覆盖区域小却可产生巨大能量的特点。据分析，一座100万千瓦的核电站，在其一公里高、方圆5公里宽的范围内，是属于禁飞区，而在同样的区域，利用风筝发电，也可产生至少100万千瓦的电能。目前，研究小组利用航空动力学模型以及他们开发的先进的控制系统进行的实验计算表明，在相同的发电能力下，与传统的塔式风力发电装置相比，占地面积仅为50分之一，而发电成本比普遍的石油发电还低。项目如试验成功，将在未来制造一个直径达1600米的旋转木马式转盘，以每小时15转的速度旋转，发电能力可达100万千瓦(相当于意大利目前电力的三十分之一)。一旦该风筝风力发电机技术应用成功，将带来一场能源革命。

图 8 意大利KiteGen风筝电站

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   图 9 风筝发电机压电传感器

: T8 ~, ~3 q: q) Q7 l+ W澳大利亚悉尼大学的一位工程师布赖恩·罗伯特花了25年设计了一个可以上天的发电站。风力发电机像放风筝一样升入高空，然后能够送回来源源不断的电能。
# ]5 A4 |% Q8 N3 ~该发电机被设计命名为FEG（Flying Electric Generators），它是一个带有四个螺旋桨的类似直升机的风力发电机，具体结构如图10所示。螺旋桨都是由碳纤维和轻合金材料制造，半径达20米，起到两个方面的作用：首先，在开始的时候是像直升机一样通过旋转，产生上升力，直到将重达20吨的发电机送到拥有强劲而稳定风力的15000至30000英尺的高空。在这个高度，风力会代替电力吹动螺旋桨维持升力，并由螺旋桨连接的发电机转子将风能转换为电能。计算机控制和GPS定位技术能够保障空中的发电机维持一个良好的角度，以便更好地转化风力。而直径10厘米的电缆则束缚发电机不会被强风吹走，并同时传送电能回地面。
5 r, h6 k5 r8 W) _至于发电的效率，在风洞的测试中，效果非常乐观。一台这种发电机包含四个到八个的转子，每个转子能够输出2.5兆瓦的电能。做一个简单的类比，600个类似的发电机组成的发电机组能够产生的电能，将会超过美国最大的核电站总电能产出的3倍以上。同时这种电能也将会成为目前最低廉的能源，使用FEG发电机进行空中发电，每千瓦小时电只需要支付不到2美分，仅仅是火力发电价格的一半。

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图 10 澳大利亚FEG风力发电机

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[ 本帖最后由 unknow 于 2007-3-16 14:38 编辑 ]

unknow

2.4扩散型风电机
在20世纪50年代，我国著名科学家钱学森就提出了“风洞风车”的概念，即利用附加的扩压器（Diffuser），在叶轮的后部造成一个低压区，从而增加通过叶轮的空气流量，达到提高风机效率的目的。与一般的水平轴风电机相比，这种结构可以使流经风轮的风速提高，增加输出功率，并增强通过系统的抗风能力。在20世纪80年代，我国成功试制了一台小型扩压型风电机，如图11所示。
国外也对扩散型风能装置也作了大量研究工作。如新西兰的Vortec能源有限公司开发的商用扩散型风力机（DAWT：diffuser augmented wind turbine）已运行在奥克兰120km的一座小山上。近些年来，在风电机主叶片的尖端安装一个折型或弧形的附件（称为端翼），叶轮旋转时也起来了扩散器的作用。


2.5旋风型风电机
旋风型风电机是由美国的格鲁曼空间公司的赞姆斯·伊恩首创的。其原理就是利用特殊的浮筒内产生类似龙卷风的旋涡，在浮筒内产生低气压区，从而增加通过叶轮的空气流量，提高风电机的效率，如图12所示。
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图 11 扩散型风电机
" ?4 l% K/ ?+ V3 G4 z$ i图12  旋风型风电机

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2.6建筑物型风电机
随着现代化和城市化的发展，城市中的高层建筑越来越多，越来越高，这些高层建筑干扰了局部气流，形成了特殊的飓风效应。充分利用这些风能受到了关注，如有人提出了利用高楼内部的垂直压差形成的上升风发电。城市的高楼大厦，特别是“双塔”结构建筑之间狭窄的通道处很容易产生“文氏效应”，形成“风口”现象。在“双塔”之间，安装几组巨大的涡轮风电机。由于双塔主体楼的横截面都是弧形的，能将风“挤”向中间，吹入涡轮机，使风电机的工作效率大大提高。
3.总结
: s2 W+ M" v" `  f8 J! c+ F! P风能是21世纪最具发展前景的可再生新能源。开发风能可以解决能源短缺和环境污染的问题。风能利用已经从小型风力发电机组逐步走向大型风力发电机组发展。大规模的风能利用方兴未艾。目前，风力发电设备除了很成熟的水平轴发电机与垂直轴发电机之外，高空风电机也是极具创新、前景极好的一种新结构。同时，扩散型、旋风型、建筑物风电机等也各有特色。

+ b3 a3 p5 Z4 z; U参考文献
' q! x4 y) f8 h/ N张希良.风能开发利用.北京：化学工业出版社，2005
[2].陈志宏.SDEC—JACOBS 43/600kW风力发电机组介绍.上海电机厂科技情报.2000，（4）：20-24
[3].蔡兆文.Dewind系列风力发电机简介.风力发电技术.2001，（1）：33-35
2 b# g7 L1 V: q5 \9 D[4].张国铭.论兆瓦级垂直轴风力发电机的合理性.风力发电. 2001，（4）
1 g5 ~" z5 }: k2 @) A2 ?( C[5].赵继华.旋流式立轴风力机运行原理及特性.可再生能源.2002，（4）
0 z3 L1 N& i! U# q* Y[6].辛士红 汪建文.形形色色的风力机.能源技术.2004，25（4）

sword03

大力支持这样的纯文字技术贴，可以直接学习。我国的风电设备市场感情是基本依靠进口，头一次知道......

liuyqliuyq

我是搞火力发电的，一直想了解风力发电，谢谢楼主介绍

unknow

图片贴不上去，只能从下载的文件中看了。
我很喜欢澳大利亚和意大利的两种很有创意的风力发电设备。

goldwinddqh

现在主流趋势是丹麦式水平三叶片风机

goldwinddqh

20世纪70年代石油危机以后，开始了风能利用的新时代。在一些地理位置不错的陆地上，风能的开发具有一定的经济价值，而人们在另外一个前沿，发现开发风力发电的经济性也相当不错：海上风能。世界上很多国家开始制定计划，考虑开发海上风电场。海上风电场的风速高于陆地风电场的风速，但海上风电场与电网联接的成本比陆地风电场要高。综合上述两个因素，海上风电场的成本和陆地风电场基本相同。
8 W6 }: D! z9 K5 m7 x兆瓦级的风机，廉价的基础以及关于海上风条件的新知识更加提高了海上风电的经济性。研究人员和开发者们将向传统的发电技术进行挑战，海上风力发电迅速发展成为其它发电技术的竞争对手。
- s2 S/ ?. X% f% j6 x海上风电场的开发主要集中在欧洲和美国。大致可分为五个不同时期：
3 V5 M) b" \/ i( X5 [欧洲对国家级海上风电场的资源和技术进行研究(1977～1988年)；
•欧洲级海上风电场研究，并开始实施第一批示范计划(1990～1998年)；
. j7 S1 J& l/ {7 }& E•中型海上风电场(1991～1998年)；
' U0 _" M6 I* E5 V7 K  E8 A0 o•大型海上风电场并开发大型风力机(1999～2005年)；
•大型风力机海上风电场(2005年以后)。
一、丹麦的风力发电
1.丹麦的第21条计划
丹麦在风力发电领域占有领导地位目前丹麦有世界上最大的海上风电场。根据丹麦政府能源计划法案中的第21条，2030年以前海上风电装机将达到4吉瓦，加上陆地上的1.5吉瓦，丹麦风力发电量将占全国总发电量的50%，与此对照一下，1998年年中，丹麦风电总装机容量仅为1.1吉瓦。
丹麦电力系统中共计5.5吉瓦的风电装机意味着风力发电将会阶段性过量地满足丹麦电力系统的需求。因而，在未来，丹麦的海上风力发电场将会成为以水电为基础的斯堪的纳维亚电力系统中不可分割的一部分。
4 e1 f% E. [1 S; E9 S3 s0 ]丹麦计划法案对4吉瓦的海上风电投资共计480亿克郎(约合70亿美元)，这将成为世界上风电中最大的投资。
( z% o# [* M6 o0 q0 p9 S2.丹麦海上风力发电时间表
3 \' I) U3 f8 y丹麦电力公司已经申请了750兆瓦海上风场的建设计划，根据时间表，在2027年之前，丹麦风电装机将达4吉瓦，第一阶段在2000年建一个比哥本哈根海岸风电场稍小一点的40兆瓦海上风电场。
丹麦电力公司给环境和能源大臣的报告确定了丹麦海域四个适合建风电场的区域，其蕴藏量达8吉瓦。选择这些区域的理念很简单：出于对环境的考虑，委员会只对那些为数不多且偏远的水深在5～11米之间区域的容量关心。所选的这些地区必须在国家海洋公园、海运路线、微波通道、军事区域等之外，距离海岸线7到40千米，使岸上的视觉影响降到最低。最近，对风机基础深入的研究表明，在15米水深处安装风机比较经济，这意味着丹麦海域选择的风电场潜藏容量达16吉瓦。
; G2 y+ n2 R: m- J- d二、风机的海上基础
) @) k% l1 D8 e% b/ G8 U海上风能面临的问题主要是削减投资：海底电缆的使用和风机基础的构建使海上风能开发投资巨大。然而，风机基础技术，以及兆瓦级风机的新研究至少使水深在15米(50英尺)的浅水风场和陆地风场可以一争高下。总的说来，海上风机比邻近陆地风场风机的输出要高出50%，所以，海上风机更具吸引力。
) J! b/ N5 _) Z6 C5 @1.较混凝土便宜的钢材
丹麦的两个电力集团公司和三个工程公司于1996～1997年间首先开始对海上风机基础的设计和投资进行了研究，在报告中提出，对于较大海上风电场的风机基础，钢结构比混凝土结构更加适合。所有新技术的应用似乎至少在水深15米或更深的深度下才会带来经济效益。无论如何，在较深的水中建风场其边际成本要比先前预算的要少一点。
对于1.5兆瓦的风机，其风机基础和并网投资仅比丹麦Vindeby和Tunoe Knob海上风电场450～500千瓦风机相应的投资高出10%到20%，这就是以上所述的经济概念。
: K/ U1 r0 m9 p+ _3 ~2.设计寿命
与大多数人们的认识相反，钢结构腐蚀并不是主要关注的问题。海上石油钻塔的经验表明阴极防腐措施可以有效防止钢结构的腐蚀。海上风机表面保护(涂颜料)一般都采取较陆地风机防腐保护级别高的防护措施。石油钻塔的基础一般能够维持50年，也就是其钢结构基础设计的寿命。
. r! R5 D+ K( x3.参考风机
在防腐研究中，采用了一台现代的1.5兆瓦三叶片上风向风机，其轮毂高度大约为55米(180英尺)，转子直径为64米(210英尺)。
这台风机的轮毂高度相比陆地风机要偏低一些。在德国北部，一台典型的1.5兆瓦风机轮毂高度大约为60～80米(200到260英尺)。
由于水面十分光滑，海水表面粗糙度低，海平面摩擦力小，因而风切变(即风速随高度的变化)小，不需要很高的塔架，可降低风电机组成本。另外海上风的湍流强度低，海面与其上面的空气温度差比陆地表面与其上面的空气温差小，又没有复杂地形对气流的影响，作用在风电机组上的疲劳载荷减少，可延长使用寿命，所以使用较低的风塔比较合算。
9 Z# q4 s( D+ j4.海上基础类型
  i* k3 e4 k" T) ~(1)常用的混凝土基础
$ `# W0 A& i; T: U丹麦的第一个引航工程采用混凝土引力沉箱基础。顾名思义，引力基础主要依靠地球引力使涡轮机保持在垂直的位置。

保Vindeby和Tunoe Knob海上风电场基础就采用了这种传统技术。在这两个风场附近的码头用钢筋混凝土将沉箱基础建起来，然后使其漂到安装位置，并用沙砾装满以获得必要的重量，继而将其沉人海底，这个原理更像传统的桥梁建筑。
两个风场的基础呈圆锥形，可以起到拦截海上浮冰的作用。这项工作很有必要，因为在寒冷的冬天，在波罗的海和卡特加特海峡可以一览无遗地看到坚硬的冰块。
3 k  U/ L2 @. W$ ]在混凝土基础技术中，整个基础的投资大约与水深的平方成比例。Vindeby和Tunoe Knob的水深变化范围在2.5～7.5米之间，说明每个混凝土基础的平均重量为1050吨。根据这个二次方规则，在水深10米以上的这些混凝土平台，因受其重量和投资的限制，混凝土基础往往被禁止采用。因此，为了突破这种投资障碍，有必要发展新的技术。
(2)重力+钢筋基础
3 ~0 D: E; q/ O1 V现有的大多数海上风电场采用重力基础，新技术提供了一种类似于钢筋混凝土重力沉箱的方法。该方法用圆柱钢管取代钢筋混凝土，将其嵌入到海床的扁钢箱里。

) V+ _& K# {5 r, w7 W/ V" C; }, }
(3)单桩基础
单桩是一种简单的结构，由一个直径在3.5米到4.5米之间的钢桩构成。钢桩安装在海床下10米到20米的地方，其深度由海床地面的类型决定。单桩基础有力地将风塔伸到水下及海床内。这种基础一个重要的优点是不需整理海床。但是，它需要重型打桩设备，而且对于海床内有很多大漂石的位置采用这种基础类型不太适合。如果在打桩过程中遇到一块大漂石，一般可能在石头上钻孔，然后用爆破物将之炸开，继而打成小石头。
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5 m0 l/ M+ p( Z* A) b7 r1 {4)三脚架基础
3 Q. e0 a. j8 u: j三脚架基础吸取了石油工业中的一些经验，采用了重量轻价格合算的三脚钢套管。
3 i7 _; ~! g+ L! I, B; F9 d风塔下面的钢桩分布着一些钢架，这些框架分掉了塔架对于三个钢桩的压力。由于土壤条件和冰冻负荷，这三个钢桩被埋置于海床下10～20米的地方。
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: t4 g8 q  Q1 z8 N' ]  ]三、海上风电场的并网
1.电网
+ Z$ j; Q. r; C丹麦输电网1998年总发电量共计10吉瓦。在建或未建的海上风电场共计4.1吉瓦。丹麦西部和东部电网没有直接并网，而是采用AC(交流输电线)方式并入德国和瑞典的输电系统。其它风电场与瑞典、挪威和德国的联网方式采用直流方式。
海上风电场的并网本身并不是一个主要技术问题，该技术人所共知。但是为确保经济合理性，对偏远海上风电场的并网技术进行优化非常重要。
丹麦第一批商用海上风电场位于距离海岸15～40千米的海域，水深5～10或15米，风电场装机在120到150兆瓦之间。第一批风电场(2002年)使用1.5兆瓦的风力发电机，该机型需在陆地上试运行5年。
2.敷设海底电缆
; p! D+ K9 }9 {& y7 a( c海上风电场通过敷设海底电缆与主电网并联，此种技术众所周知。为了减少由于捕鱼工具、锚等对海底电缆造成破坏的风险，海底电缆必须埋起来。如果底部条件允许的话，用水冲海床(使用高压喷水)，然后使电缆置人海床而不是将电缆掘进或投入海床，这样做是最经济的。
2 x/ _) l8 T7 b; Z. i, J3.电压
丹麦规划的120-150兆瓦的大风电场可能与30～33千伏的电压等级相联。每个风电场中，会有一个30～150千伏变电站的平台和许多维修设备。与大陆的联结采用150千伏电压等级。
: ?, Y5 Z' O" c! o4.无功功率，高压直流输电
1 a( o/ \* T( _: s8 Y无功功率和交流电相位改变相关，相位的改变使能量通过电网传输更加困难。海底电缆有一个大电容，它有助于为风电场提供无功功率。这种在系统中建立可能是最佳的可变无功功率补偿方式决定于准确的电网配置。如果风电场距离主电网很远，高压直流输电(HVDC)联网也是一个可取的方法。
5.远程监控
5 \6 W- e# \% N# s8 {/ _9 X* b显然，海上风电场远程监控要比陆地远程监控更重要一些，Tunoe Knob和Vindeby海上风电场采用远程监控已达数年。
人们预测这些风电场用1.5兆瓦的大机组，在每件设备上安装一些特别的传感器，以用来连续地分析传感器在设备磨损后改变工作模式而产生的细微振动，这样可能会带来一定的经济效益。同样地，为了确保机器得到适当的检修，工业中一些产业也需要对这项技术非常了解。
7 |9 T- m+ v5 }2 T$ Q8 D2 U$ N6.定期检修
在天气条件比较恶劣的情况下，维修人员很难接近风机，风机得不到正常检修和维护，造成安全隐患。所以，确保海上风机高可靠性显得尤其重要。对于一些偏远的海上风电场，应合理设计风机的定期检修程序。
四、前景
6 U0 I! [7 O& h2 k( _海上风电场的发电成本与经济规模有关，包括海上风电机的单机容量和每个风电场机组的台数。铺设150兆瓦海上风电场用的海底电缆与100兆瓦的差不多，机组的大规模生产和采用钢结构基础可降低成本。目前海上风电场的最佳规模为120～150兆瓦。在海上风电场的总投资中，风电机组占51%、基础16%、电气接入系统19%、其它14%。
丹麦电力公司对海上风电场发电成本的研究表明，用IEA(国际能源局)标准方法，目前的技术水平和20年设计寿命，估测的发电成本是每千瓦时0.36丹麦克朗(0.05美元或人民币0.42元)。如果寿命按25年计，还可减少9%。
1 R. q" q+ Y/ L8 n$ N! p欧洲一些国家都为海上风电场的发展进行了规划。从长远看，荷兰的目标是到2020年风电装机2.75吉瓦，其中1.25吉瓦安装在北海大陆架区域。近期计划主要是建设商业性示范工程，在2005年前丹麦拟开工兴建5个海上风电场，每个规模约150兆瓦，加上其它已建项目累计约750兆瓦。荷兰计划先建100兆瓦的示范项目，选在Egmond ann Zee岸外12海里处，采用1.5兆瓦或2.0兆瓦的机组。德国的计划包括"SKY2000"项目，规模100兆瓦，距离Lubeck湾15千米的波罗的海中；400兆瓦项目在距离Helgloand岛17千米的北海，最终规模将达到1.2吉瓦，采用单机容量4兆瓦或5兆瓦机组。此外，爱尔兰和比利时分别有250兆瓦和150兆瓦的海上风电场计划。
海上丰富的风能资源和当今技术的可行性，预示着将成为一个迅速发展的市场，风电设备产业将是一个经济增长点。欧洲海上风电场2010年后将会大规模开发，中国作为发展中国家，应跟踪海上风电技术的发展，因为中国也有丰富的海上风能资源。中国东部沿海水深2-15米的海域面积辽阔，按照与陆上风能资源同样的方法估测，10米高度可利用的风能资源约是陆上的3倍，即700吉瓦，而且距离电力负荷中心很近，随着海上风电场技术的发展成熟，经济上可行，将来必然会成为重要的可持续能源。

redrose88

请问家用的风力发电机大约得多少钱一个，几级风才可以发电？