农村小型风力发电技术(第一集)

主持人：听众朋友们，大家好！我是艳红，欢迎您收听“致富早班车”节目。随着人们对可再生能源认识水平提高和对农村电气化的渴求，小型风力发电机组产品在我国牧区、农村、渔区的应用越来越多，特别是在远离电网的边远地区，更加受到农民朋友的欢迎。利用当地的风能资源生产清洁无污染的电能，解决当地人民的生活用电，不仅有利于环境保护而且具有较好的经济效益。为使更多的农民朋友进一步了解小型风力发电的相关知识，在今天的节目时间里，我们请中国农机工业协会风力机械分会沈德昌研究员，为听众朋友们介绍农村小型风力发电技术，现在，沈老师已经来到了演播室，沈老师，您好！

专家：艳红，你好！听众朋友，大家好！

1.主持人：沈老师，我国从80年代初开始，就将小型风力发电技术作为实现农村电气化的措施进行开发，主要研制、示范和应用小型风力发电机组，供农牧民和渔民一家一户使用。目前我国小型风力发电机的发展情况是怎样的呢？

专家：经过近三十年的发展，我国5kW以下的小型风电机组技术已经成熟，形成了年产6万台的能力。现在我国小型风力机已拥有比较稳定的市场，每年销售5万台左右，其中约有1万台出口国外。到2007年12月底，我国小型风力机拥有量达到35万台，居世界首位。在电网不能通达的偏远地区，约180万农牧渔民利用风能实现了家庭电气化，电灯和电视进入农家、牧户、渔船，生活质量明显提高。我国在小型风力发电机应用方面，取得了举世瞩目的成绩。从80年代初到现在，我国生产的100瓦、200瓦、300瓦、500瓦、1千瓦、2千瓦等十多种小型风力发电机，逐步在草原牧区、边远农村和湖区得到推广应用。农牧渔民高兴地说，是小型风力发电机给我们带来了光明和欢乐，也给我们带来了党和政府的亲切关怀。现在无电网地区的农牧渔民们可以用风力机发出的电进行照明、小朋友们可以在电灯下读书、做作业。大家可以坐在家里看电视、听广播，享受丰富多彩的文化生活。可以说，是小型风力发电机给这些无电地区带来了现代文明，极大地提高了农牧渔民的物质生活和精神生活水平。小型风力发电机从内蒙古草原牧区发展起来，逐步推广应用到全国有风力资源地区的农村、湖区，在社会主义新农村建设中发挥了重要作用，取得了丰硕的成果。

2.主持人：这么说，利用小型风力发电技术，对解决农村地区特别是偏远农村居民的用电问题，有很好的效果。那么，小型风力发电机的运行方式是什么？我国能够生产多大的小型风力发电机？

专家：小型风力发电机组的利用方式主要是独立运行供电，即在电网未通达的偏远地区，如草原牧区、边远村寨、湖区渔村和海岛农村等，用小型风力发电机为蓄电池充电，再通过逆变器转换成交流电向终端家用电器供电，单机容量一般在100W到5kW。

我国现在可以生产100瓦、200瓦、300瓦、500瓦和800瓦的百瓦级小型风力发电机，1千瓦、2千瓦、5千瓦、7.5千瓦、10千瓦、20千瓦的千瓦级小型风力发电机。有的工厂还试制出了50千瓦的风力发电机。其中：5千瓦以下的风力发电机组主要在国内销售，5千瓦以上的机组主要在国外销售。

目前国内销售量最大的是300瓦的小型风力发电机，其次是200瓦、500瓦和1千瓦的小型风力发电机。5千瓦以上的风力发电机在国内销售量较少。

我国目前有70多个厂家从事小型风力发电机及其配件的生产、研发和销售工作。我国小型风力发电机产品主要服务于国内市场，部分质量、外观双优的产品远销国外市场，我国已成为全球最大的小型风力发电机生产国。

3.主持人：我国主要的小型风力机价格大致是多少？

专家：我国小型风力发电机组（包括塔架、控制+逆变器、不包括蓄电池）的平均价格是1千瓦/1万元。例如：一台300瓦的风力发电机出厂价格约为3000元左右，500瓦的风力发电机出厂价格约为5000元左右，1千瓦的风力发电机出厂价格约为10000元左右。但各个厂家风力机的结构和制造工艺不同其价格也各不相同，有的比较低，有的高一些。上面提供的平均价格仅供农民朋友们参考，具体价格以厂方当年提供的报价单为准。

4.主持人：小型风力发电机需要风来驱动，我国的风力资源如何？

专家：我国陆地上拥有丰富的风力资源，在10米高度的风能保有总量是32亿千瓦，其中在10米高度实际可开发的风能总量为2.53亿千瓦。我国位于季风气候带，风向在冬天以西北风为主，夏天以东南风为主。从风能资源分布来看，我国陆地面积可分为丰富、较丰富、可利用和贫乏四个区。其中，风能资源丰富区、较丰富区和可利用区分别占我国总面积的8%，18%和50%。风能资源丰富区主要分布在内蒙古、新疆、东北地区和沿海岛屿；风能资源较丰富区主要分布在我国三北地区的广大牧区、农区和南方的湖区。小型风力发电机组的轮毂高度一般在10米上下，上述风力资源为小型风力发电机组在我国的广泛应用提供了良好的工作条件。

5.主持人：这样看来，我国的风力资源还是很丰富的，对于小型风力发电机来说，它可以在多大的风速下安全工作？

专家：小型风力发电机起动风速一般在3米/秒～4米/秒之间，国产小型风力发电机的额定风速一般在8米/秒～10米/秒之间；欧洲小型风力发电机的额定风速一般在12米/秒～15米/秒之间。小型风力发电机的最大工作风速一般在25米/秒左右。

风力的大小也是分等级的，我们知道陆地上可能出现的风力有十二个级别。

小型风力发电机可以安全工作的风速范围是从3级风到9级风，即从风速3米/秒到24米/秒之间小型风力发电机都可以安全工作。

6.主持人：刚才您介绍了我国风力资源情况，以及小型风力发电机的安全工作风速，那么，我国哪些地方适合应用小型风力发电机？

专家：凡是风力资源较好(年平均风速大于4米/秒，而且没有台风灾害)，电网又不能到达的牧区、农区、湖区、滩涂、边远哨所和公路道班都适合开展小型风力发电机的推广应用。

在风力资源丰富，电网虽能到达但供电不足的沿海滩涂地区、农村、城市远郊区也适合开展小型风力发电机的应用。例如：我国内蒙古草原牧区应用小型风力发电机非常普遍，切实解决了牧民的用电问题；我国洪湖地区应用小型风力发电机也取得了良好的效果。

7.主持人：沈老师，经过您的介绍，我们对小型风力发电有了初步的了解，小型风力发电机由哪些部件组成？它是如何工作的呢？下面就请您就这方面内容介绍一下。

专家：我先介绍一下小型风力发电机的组成部件和各部件的特性。小型风力发电机一般由风轮、发电机、回转体、塔架、尾翼、调速系统以及控制器、逆变器、蓄电池组和混凝土地基组成。

风轮一般由叶片、轮毂、盖板、连接螺栓组件和导流罩组成。风轮是风力机最关键的部件，是它把空气动力能转变成机械能。大多数小型风力机的风轮由三个叶片组成。叶片材料有木质、铝合金、尼龙、玻璃钢等，目前应用最多的是玻璃钢叶片。

发电机由机壳、定子绕组、转子磁缸、发电机轴和前后端盖组成。

风力机驱动的发电机一般都是低速永磁发电机，在转速几百转/分时就可以发电。发电机是永磁、三相的交流发电机。为防止绕线，有些发电机采用了滑环和碳刷结构。

回转体是风力机关键部件风轮、发电机和尾翼的载体，是一个安装在塔架顶部的轴承结构。一些风力机的回转体和发电机是作成一体的。回转体是使风力机的主体可以绕塔架垂直轴在360°水平方向自由转动的机构。回转体和尾翼是实现风轮调向（对风）、调速的必要部件。

尾翼由销轴、尾翼杆和尾翼板组成。尾翼对风轮起到调向和调速的作用。

塔架一般由塔管（上、中、下三段）、底板、拉线和紧固组件构成。塔架将风力机主体支撑在一定高度的空中，使风轮能够捕捉足够的风能。

地基包括混凝土基础、地锚、拉线环、底版螺栓等，地基的体积和尺寸应根据风力机安装地点的土质条件确定。

控制器将发电机发出的交流电整流后，充入蓄电池组。逆变器将蓄电池组输出的直流电转换成220伏交流电，并提供给用电器。现在多数厂家都采用控制器和逆变器一体化的方案，使系统的布置紧凑、简便。

蓄电池的功能是把风力机输入的电能转变成化学能储存在蓄电池内。把蓄电池内的化学能转变成电能输出给逆变器或直流用电器。常用的有普通汽车用铅酸蓄电池(寿命3年)、干荷式铅酸蓄电池(寿命3～5年)。阀控式全封闭铅酸蓄电池(寿命5～8年)。

8.主持人：好，我们知道了小型风力发电机的组成部件和各部件的特点，沈老师，小型风力发电机是如何工作的？请您介绍一下好吗？

专家：好的。在风的吹动下，风轮转动起来，使空气动力能转变成了机械能（转速+扭矩）。风轮的轮毂固定在发电机轴上，风轮的转动驱动了发电机轴的旋转，带动永磁三相发电机发出三相交流电。风速的不断变化、忽大忽小，发电机发出的电流和电压也随着变化。发出的电经过控制器的整流，由交流电变成了具有一定电压的直流电，并向蓄电池进行充电。从蓄电池组输出的直流电，通过逆变器后变成了220伏的交流电，供给用户的家用电器。

9.主持人：刚才您介绍了尾翼对风轮起到调向和调速的作用。那么，风力机的调向、调速原理是什么？又有哪些具体特性？

专家：调向的原理是：在额定风速以内，尾翼板与风轮旋转面保持垂直，尾翼板与风向保持平行，因而保证了风轮的正向迎风。当风向变化时，尾翼板也随之转动，但始终与风向保持平行，所以风轮旋转面也总是对着风向。

调速的原理是：

（1）风轮偏侧。当风速大于额定风速时，以某种机构（如：倾斜轴+尾翼调速）使风轮偏离风向，减小风轮迎风面积，从而减小风能的吸收。当风速达到切出风速时，风轮旋转面与风向平行，风力机停止发电。

（2）叶片变桨距。当风速大于额定风速时，以某种机构利用风轮叶片的离心力改变桨距，降低风轮的风能利用率，从而达到减小风能吸收的效果。当风速大于切出风速时，叶片与风向平行，风力机停止发电。

10.主持人：好，通过您的介绍，我们明白了风力机调向、调速的原理，通过风轮转到，可以将空气动力转变成机械能，再经过一系列的设备运行，最终转变成化学能储存在蓄电池内。那么风力机蓄电池的工作原理是什么？

专家：当外电路通入电流时，在蓄电池内部由电能转变为化学能储存起来的过程称为充电。当蓄电池向外电路输出电流时，在蓄电池内部由化学能转变为电能向外电路供电的过程称为放电。任何蓄电池的使用过程都是“充电”、“放电”周而复始地进行的。使用中，要防止蓄电池过充或过放。过放会造成活性物质与混在一起的细小硫酸铅结晶变成较大的晶粒，增加极板的电阻，使蓄电池内阻增大；过充且电流过大时，则容易产生气泡过于剧烈，易使极板活性物质脱落而损坏。同时水分消耗也大，浪费蒸馏水和电力。应定期到蓄电池充电铺对蓄电池进行充放电保养。

11.主持人：上面您还介绍了控制器和逆变器的作用，并且现在多数厂家将控制器和逆变器集为一体，那么风力机控制逆变器的保护功能有哪些？

专家：具体来说有两个方面的保护功能：

（1）过充保护。当风速持续较高，蓄电池充电很足，蓄电池组电压超过额定电压1.25倍时,控制器停止向蓄电池充电,多余的电流向卸荷器消耗掉了。这样就可以避免蓄电池电压过高，延长蓄电池的工作寿命。

（2）过放保护。当风速长期较低，蓄电池充电不足，蓄电池组电压低于额定电压0.85倍时,逆变器停止工作，不再向外供电。这样就可以避免蓄电池电压过低，延长蓄电池的工作寿命。当风速再增高，蓄电池组电压恢复到额定电压的1.1倍时，逆变器自动恢复工作、向外供电。

有些厂家的控制逆变器上装有电压表，便于用户随时了解系统的工作状态。

12.主持人：好，以上我们了解了小型风力发电机的工作原理，沈老师，应用小型风力发电机能解决哪些用电需求？

专家：小型风力发电机能提供220伏交流电或24伏、36伏或48伏直流电。能够解决直流或交流照明问题：给灯泡、节能灯供电；可以为家用电器（如:电视机、DVD、收音机、电风扇、洗衣机、小型电冰箱）提供电力；也可以为通讯装置提供电源；可以驱动小型电动工具。

以应用最多的300瓦小型风力发电机为例：

当使用地区的年平均风速为4.2米/秒时，一台300瓦的小型风力发电机每年平均可发600度电。平均每天1.6度电，可以满足一户农牧民的用电需求。用电器可由5只灯泡、一台彩电（包括VCD）、一台电风扇组成。

如果用户比较富裕，就可以买一台500瓦的风力发电机，每年平均可发1000度电。平均每天2.7度电。用电器可由8只灯泡、两台彩电（包括VCD）、一台电风扇和一台电冰箱组成。