碳中和智库 | 风力发电基础知识汇总（收藏）
历史：人们利用风能的历史有3000多年，1891年,丹麦人PoulLaCour第一个制造了用来发电的风车。1941-42丹麦的F.L.Smidth公司建造的风车可以看成世界现代风车的前身。
巨大叶片转动并不是靠风推，而是靠升力像飞机翅膀一样
风力发电机的叶片从地面看上去给人的感觉较小，但实际上这些叶片很大。普通的风电叶片都有40多米长，而目前最大的风电叶片长度已经超过100米，远超过大型客机的机翼长度。那么风是如何带动如此巨大的叶片旋转的呢？
其实，风并非“推”动风轮叶片，而是由于叶片横截面的形状上下不对称，风在通过叶片上方的时候流速大,通过下方的时候流速小。这就会导致叶片上方的压强小,下方的压强大，形成叶片上下面的压差，这种压差会产生升力，令风轮旋转。
风力发电的输出
风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V 变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流 220V市电，才能保证稳定使用。
风力发电机组是由风轮、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成。
（1）叶片：叶片是吸收风能的单元，用于将空气的动能转换为叶轮转动的机械能。
（2）变浆系统：变浆系统通过改变叶片的桨距角，使叶片在不同风速时处于最佳的吸收风能的状态，当风速超过切出风速时，使叶片顺桨刹车。
（3）齿轮箱：齿轮箱是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，并使其得到相应的转速。
（4）发电机：发电机是将叶轮转动的机械动能转换为电能的部件。转子与变频器连接，可向转子回路提供可调频率的电压，输出转速可以在同步转速±30%范围内调节。
（5）偏航系统：偏航系统采用主动对风齿轮驱动形式，与控制系统相配合，使叶轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高发电效率。同时提供必要的锁紧力矩，以保障机组安全运行。
（6）轮毂系统：轮毂的作用是将叶片固定在一起，并且承受叶片上传递的各种载荷，然后传递到发电机转动轴上。轮毂结构是3个放射形喇叭口拟合在一起的。
风力发电机的工作原理是通过风力推动叶轮旋转，再通过传动系统增速来达到发电机的转速后来驱动发电机发电，有效的将风能转化成电能。
风力发电机组主要由两大部分组成：
风力机部分――它将风能转换为机械能
发电机部分――它将机械能转换为电能
根据风机这两大部分采用的不同结构类型、以及它们分别采用的技术方案的不同特征，再加上它们的不同组合，风力发电机组可以有多种多样的分类。
1. 如依风机旋转主轴的方向（即主轴与地面相对位置）分类，可分为：
“水平轴式风机”――转动轴与地面平行，叶轮需随风向变化而调整位置；
“垂直轴式风机”――转动轴与地面垂直，设计较简单，叶轮不必随风向改变而调整方向。
2. 根据桨叶接受风能的功率调节方式可分为：
“定桨距（失速型）机组”――桨叶与轮毂的连接是固定的。当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。由于定桨距（失速型）机组结构简单、性能可靠，在20年来的风能开发利用中一直占据主导地位。
“变桨距机组”――叶片可以绕叶片中心轴旋转，使叶片攻角可在一定范围内（一般０－９０度）调节变化，其性能比定桨距型提高许多，但结构也趋于复杂，现多用于大型机组上。
3. 按照叶轮转速是否恒定可分为：
“恒速风力发电机组”――设计简单可靠，造价低，维护量少，直接并网；缺点是：气动效率低，结构载荷高，给电网造成电网波动，从电网吸收无功功率。
“变速风力发电机组”――气动效率高，机械应力小，功率波动小，成本效率高，支撑结构轻。缺点是：功率对电压降敏感，电气设备的价格较高，维护量大。现常用于大容量的主力机型。
4. 根据风力发电机组的发电机类型分类，可分为两大类：
“异步发电机型” “同步发电机型”
异步发电机按其转子结构不同又可分为：
（1）笼型异步发电机――转子为笼型。由于结构简单可靠、廉价、易于接入电网，而在小、中型机组中得到大量的使用；
（2）绕线式双馈异步发电机――转子为线绕型。定子与电网直接连接输送电能，同时绕线式转子也经过变频器控制向电网输送有功或无功功率。
同步发电机型按其产生旋转磁场的磁极的类型又可分为：
（1）电励磁同步发电机――转子为线绕凸极式磁极，由外接直流电流激磁来产生磁场。
（2）永磁同步发电机――转子为铁氧体材料制造的永磁体磁极，通常为低速多极式，不用外界激磁，简化了发电机结构，因而具有多种优势。
5. 如根据风机的额定功率化分，一般可分为：
微型机：10 kW以下
小型机：10 kW至100 kW
中型机：100 kW 至1000 kW
大型机：1000 kW 以上（MW级风机）
风电场组成包含：
-
风电机群
-
集电部分
-
升压变电站(陆上可能多于一级升压，海上可能有集控中心)升压变压器无功补偿装置（电容器、电抗器、静止无功补偿装置、滤波器）
-
风电场管理系统
风电场的建造要求：
-
风能质量要高。
风力发电场的场址的首要条件必须风能资源丰富。年平均风速在5m/s以上，30m高处的有效风力时数在6000h以上，有效风能密度在240w/m^2以上时才适合建设大型风电场。其实，影响风能质量的因素有年平均风速、平均风功率密度、风频分布、有效风速可利用小时数、风向稳定度等。
风力发电场的场址盛行风向稳定。风向稳定不仅可以增大风能利用率，还可以延长风机寿命。
风力发电场湍流程度要小。风是随机的，并受场地表面粗糙度和附近障碍物的影响。风场湍流的形成一般是由于风道过于粗糙、或者因障碍物而产生的风速及风向的急剧变化而引起的。它不仅会影响风力发电机的出力，还会使风力发电机产生振动和受载不均，降低风力发电机使用寿命，严重时还会造成桨叶飞出的事故。
风力发电场址的自然灾害要少。强风、冰雹、雷暴、地震等都会对风力发电机等造成影响。
-
社会自然条件、风力发电场址的地势要较平坦，地质条件要好，以便进行土建施工。
交通便利。要考虑拟建风电场的设备供应和主要建筑材料运输是否便利。是否利于大型吊车、平板车的施工、运输等。
风电场应尽可能接近电网接入点。如:靠近现有的10KV和66KV变电所和线路，以减少电能损耗和送出工程的费用。尽量少占耕地，减少生态破坏。
周围环境。风电场的建设一般会对飞禽及鸟类正常生活和迁徙有影响，为保护生态，场址应尽量避开鸟类飞行路线、候鸟及动物栖息地等，远离自然保护区、军事设施、人口密集地区等。
-
海上风电选址要求：根据国家能源局和国家海洋局联合印发的《海上风电开发建设管理暂行办法实施细则》进行实施。例如：海上风电场原则上应在离岸距离不少于10公里、滩涂宽度超过10公里时海域水深不得少于10米的海域布局。在各种海洋自然保护区、海洋特别保护区、重要渔业水域、典型海洋生态系统、河口、海湾、自然历史遗迹保护区等敏感海域，不得规划布局海上风电场等。
优点：
-
清洁，环境效益好
-
可再生，永不枯竭
-
基建周期短
-
装机规模灵活
风能永远不会枯竭，利用风能发电可以减少环境污染，降低碳排量，符合我们国家现行的低碳生活的理念，而且风电装机灵活，建造周期也短，不需要一次性投入建造完成，可以分批次，分周期建造，也利于风电企业更好的发展。
缺点：
-
噪声，视觉污染
-
占用大片土地
-
不稳定，不可控
-
成本仍然很高
-
影响鸟类
风电场的建造需要大量的土地，并且一旦风电场建造完毕，这些土地就不可挪作他用，在一些土地匮乏的地方无疑是一种变相的浪费。而且风电场风机数量多，一些在山区，草原建造的风电场会对鸟类造成伤害，对生态有一定的影响。
风能是一种干净的自然能源，没有常规能源（如煤电，油电）与核电会造成环境污染的问题。平均每装一台单机容量为1兆瓦的风能发电机，每年可以减排2000吨二氧化碳（相当于种植1平方英里的树木）、10吨二氧化硫、6吨二氧化氮。风能产生1兆瓦小时的电量可以减少0.8到0.9吨的温室气体，相当于煤或矿物燃料一年产生的气体量。而且风机不会危害鸟类和其它野生动物。
在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，风能作为一种高效清洁的新能源有着巨大的发展潜力。
全球变暖对鸟类存在致命影响。《科学》期刊上的一项研究指出，受气候变化、栖息地减少等主要原因影响，自1970年来，北美洲鸟类数量减少了约29%，相当于近30亿只。
在过去100年中，美国莫哈韦沙漠的温度上升了大约2℃，气候变暖让鸟类的种群丰富性急剧衰减。英国《皇家学会生物学分会学报》论文称，气候变化正在影响鸟类免疫系统，致使鸟类出现新的疾病。
风电通过取代化石燃料减缓气候变化，可以大大改善鸟类的生存环境，进而降低全球鸟类的死亡率。依据国际可再生能源署（IRENA）和国际能源署（IEA）的情境分析，全球每年至少需要新增180GW风电装机，才能实现将温升控制在相对于工业化前水平2℃以内。
事实上，风电不会对鸟类种群构成威胁，其利远大于弊。根据美国鱼类和野生动物服务局统计，按原因分类的北美年度鸟类死亡率由高到低排序分别是：家猫（24亿只），建筑玻璃（5.99亿只），汽车碰撞（2.15亿只），电力线碰撞（2550万只），通讯塔（660万），油坑（75万）和风力发电机（234,000）。计算可知，真正因风电导致鸟类死亡的数量只有全部的0.007%。
当前，风电行业也正在通过高精度光学技术与人工智能结合探测鸟类活动、改变机组叶片颜色等方式，致力于进一步降低鸟类死亡率。
★ 海上风资源较陆上更好，离岸10千米的海上风速通常比沿岸高20%，同时海上很少有静风期
★ 海上风电不占用宝贵的土地资源，不扰民
★ 海上风电单机装机容量更大，扫风面积更大，风资源利用更充分
★ 沿海地区电力需求量大，有助加速沿海地区的能源转型
目前主流风机的单机容量从1.5兆瓦到10兆瓦不等，未来可能会更大，相对来说小容量的都在陆地上，大容量的都在海里。当然，容量越大，同等情况下发电越多。
以2兆瓦的风力发电机组为例：叶片长50-60米左右，以额定转速运行，转动一圈约4秒钟，叶尖速度可达280多公里/时，堪比高铁速度，叶轮转动一圈约发2.2度电。
一度电
可以让25瓦的台灯点亮40小时
让手机充电100多次
让吸尘器把房间打扫5遍
让150瓦的洗衣机运转近7小时
让66瓦的冰箱运转15小时
可供一台普通电扇运行15个小时
可供一台普通空调运行1.5小时
可以使电动自行车跑80公里
可以生产15瓶啤酒
（1）国家能源局指出，在弃风率高于20%的地区，将不再安排新的风电建设规模。这一举措导致新疆、甘肃地区近几年已暂停风电建设。同时，国家能源局在2016年推行了风电投资监测预警机制，预警颜色按红、橙、 蓝三色表示，红色区域即为暂停风电开发建设的区域。2019年，甘肃、新疆均为红色预警区。
（2）由于陆上风电标杆上网电价被改为指导价，新核准的集中式陆上风电项目上网电价全部通过竞价的方式确定，且不得高于项目所在风能资源区的指导价。平价上网政策的推行与国家补贴政策的取消，使得新开发的风电场面临新的技术考验与开发难度进一步加大。
（3）西北地区的电力消纳能力有限，且风电分布比较集中，对外输送有赖于特高压、超高压输电线路建设。西北地区每年风电的弃风率较高，影响到风电装机容量的增长。
（4）海上风能资源禀赋优越，近几年以及未来将成为产业发展的一个重点。这使得深居内陆的西北地区的风电装机在全国的占比逐渐减小。
（5）土地管理制度实施以后，受到耕地红线不能动、林地不能建等限制，西北地区可开发的风能资源进一步减少。
未来风电将会占比越来越大：十四五又有许多新的风电基地开始兴建，例如晋能集团的签约的新疆300万千瓦风、光项目、内蒙古杭锦旗的风电项目。后期随着这些项目不断的落地，风电的成本也在不断降低，风电也将进一步得到发展。
历史：人们利用风能的历史有3000多年，1891年,丹麦人PoulLaCour第一个制造了用来发电的风车。1941-42丹麦的F.L.Smidth公司建造的风车可以看成世界现代风车的前身。
巨大叶片转动并不是靠风推，而是靠升力像飞机翅膀一样
风力发电机的叶片从地面看上去给人的感觉较小，但实际上这些叶片很大。普通的风电叶片都有40多米长，而目前最大的风电叶片长度已经超过100米，远超过大型客机的机翼长度。那么风是如何带动如此巨大的叶片旋转的呢？
其实，风并非“推”动风轮叶片，而是由于叶片横截面的形状上下不对称，风在通过叶片上方的时候流速大,通过下方的时候流速小。这就会导致叶片上方的压强小,下方的压强大，形成叶片上下面的压差，这种压差会产生升力，令风轮旋转。
风力发电的输出
风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V 变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流 220V市电，才能保证稳定使用。
风力发电机组是由风轮、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成。
（1）叶片：叶片是吸收风能的单元，用于将空气的动能转换为叶轮转动的机械能。
（2）变浆系统：变浆系统通过改变叶片的桨距角，使叶片在不同风速时处于最佳的吸收风能的状态，当风速超过切出风速时，使叶片顺桨刹车。
（3）齿轮箱：齿轮箱是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，并使其得到相应的转速。
（4）发电机：发电机是将叶轮转动的机械动能转换为电能的部件。转子与变频器连接，可向转子回路提供可调频率的电压，输出转速可以在同步转速±30%范围内调节。
（5）偏航系统：偏航系统采用主动对风齿轮驱动形式，与控制系统相配合，使叶轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高发电效率。同时提供必要的锁紧力矩，以保障机组安全运行。
（6）轮毂系统：轮毂的作用是将叶片固定在一起，并且承受叶片上传递的各种载荷，然后传递到发电机转动轴上。轮毂结构是3个放射形喇叭口拟合在一起的。
风力发电机的工作原理是通过风力推动叶轮旋转，再通过传动系统增速来达到发电机的转速后来驱动发电机发电，有效的将风能转化成电能。
风力发电机组主要由两大部分组成：
风力机部分――它将风能转换为机械能
发电机部分――它将机械能转换为电能
根据风机这两大部分采用的不同结构类型、以及它们分别采用的技术方案的不同特征，再加上它们的不同组合，风力发电机组可以有多种多样的分类。
1. 如依风机旋转主轴的方向（即主轴与地面相对位置）分类，可分为：
“水平轴式风机”――转动轴与地面平行，叶轮需随风向变化而调整位置；
“垂直轴式风机”――转动轴与地面垂直，设计较简单，叶轮不必随风向改变而调整方向。
2. 根据桨叶接受风能的功率调节方式可分为：
“定桨距（失速型）机组”――桨叶与轮毂的连接是固定的。当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。由于定桨距（失速型）机组结构简单、性能可靠，在20年来的风能开发利用中一直占据主导地位。
“变桨距机组”――叶片可以绕叶片中心轴旋转，使叶片攻角可在一定范围内（一般０－９０度）调节变化，其性能比定桨距型提高许多，但结构也趋于复杂，现多用于大型机组上。
3. 按照叶轮转速是否恒定可分为：
“恒速风力发电机组”――设计简单可靠，造价低，维护量少，直接并网；缺点是：气动效率低，结构载荷高，给电网造成电网波动，从电网吸收无功功率。
“变速风力发电机组”――气动效率高，机械应力小，功率波动小，成本效率高，支撑结构轻。缺点是：功率对电压降敏感，电气设备的价格较高，维护量大。现常用于大容量的主力机型。
4. 根据风力发电机组的发电机类型分类，可分为两大类：
“异步发电机型” “同步发电机型”
异步发电机按其转子结构不同又可分为：
（1）笼型异步发电机――转子为笼型。由于结构简单可靠、廉价、易于接入电网，而在小、中型机组中得到大量的使用；
（2）绕线式双馈异步发电机――转子为线绕型。定子与电网直接连接输送电能，同时绕线式转子也经过变频器控制向电网输送有功或无功功率。
同步发电机型按其产生旋转磁场的磁极的类型又可分为：
（1）电励磁同步发电机――转子为线绕凸极式磁极，由外接直流电流激磁来产生磁场。
（2）永磁同步发电机――转子为铁氧体材料制造的永磁体磁极，通常为低速多极式，不用外界激磁，简化了发电机结构，因而具有多种优势。
5. 如根据风机的额定功率化分，一般可分为：
微型机：10 kW以下
小型机：10 kW至100 kW
中型机：100 kW 至1000 kW
大型机：1000 kW 以上（MW级风机）
风电场组成包含：
-
风电机群
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集电部分
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升压变电站(陆上可能多于一级升压，海上可能有集控中心)升压变压器无功补偿装置（电容器、电抗器、静止无功补偿装置、滤波器）
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风电场管理系统
风电场的建造要求：
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风能质量要高。
风力发电场的场址的首要条件必须风能资源丰富。年平均风速在5m/s以上，30m高处的有效风力时数在6000h以上，有效风能密度在240w/m^2以上时才适合建设大型风电场。其实，影响风能质量的因素有年平均风速、平均风功率密度、风频分布、有效风速可利用小时数、风向稳定度等。
风力发电场的场址盛行风向稳定。风向稳定不仅可以增大风能利用率，还可以延长风机寿命。
风力发电场湍流程度要小。风是随机的，并受场地表面粗糙度和附近障碍物的影响。风场湍流的形成一般是由于风道过于粗糙、或者因障碍物而产生的风速及风向的急剧变化而引起的。它不仅会影响风力发电机的出力，还会使风力发电机产生振动和受载不均，降低风力发电机使用寿命，严重时还会造成桨叶飞出的事故。
风力发电场址的自然灾害要少。强风、冰雹、雷暴、地震等都会对风力发电机等造成影响。
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社会自然条件、风力发电场址的地势要较平坦，地质条件要好，以便进行土建施工。
交通便利。要考虑拟建风电场的设备供应和主要建筑材料运输是否便利。是否利于大型吊车、平板车的施工、运输等。
风电场应尽可能接近电网接入点。如:靠近现有的10KV和66KV变电所和线路，以减少电能损耗和送出工程的费用。尽量少占耕地，减少生态破坏。
周围环境。风电场的建设一般会对飞禽及鸟类正常生活和迁徙有影响，为保护生态，场址应尽量避开鸟类飞行路线、候鸟及动物栖息地等，远离自然保护区、军事设施、人口密集地区等。
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海上风电选址要求：根据国家能源局和国家海洋局联合印发的《海上风电开发建设管理暂行办法实施细则》进行实施。例如：海上风电场原则上应在离岸距离不少于10公里、滩涂宽度超过10公里时海域水深不得少于10米的海域布局。在各种海洋自然保护区、海洋特别保护区、重要渔业水域、典型海洋生态系统、河口、海湾、自然历史遗迹保护区等敏感海域，不得规划布局海上风电场等。
优点：
-
清洁，环境效益好
-
可再生，永不枯竭
-
基建周期短
-
装机规模灵活
风能永远不会枯竭，利用风能发电可以减少环境污染，降低碳排量，符合我们国家现行的低碳生活的理念，而且风电装机灵活，建造周期也短，不需要一次性投入建造完成，可以分批次，分周期建造，也利于风电企业更好的发展。
缺点：
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噪声，视觉污染
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占用大片土地
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不稳定，不可控
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成本仍然很高
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影响鸟类
风电场的建造需要大量的土地，并且一旦风电场建造完毕，这些土地就不可挪作他用，在一些土地匮乏的地方无疑是一种变相的浪费。而且风电场风机数量多，一些在山区，草原建造的风电场会对鸟类造成伤害，对生态有一定的影响。
风能是一种干净的自然能源，没有常规能源（如煤电，油电）与核电会造成环境污染的问题。平均每装一台单机容量为1兆瓦的风能发电机，每年可以减排2000吨二氧化碳（相当于种植1平方英里的树木）、10吨二氧化硫、6吨二氧化氮。风能产生1兆瓦小时的电量可以减少0.8到0.9吨的温室气体，相当于煤或矿物燃料一年产生的气体量。而且风机不会危害鸟类和其它野生动物。
在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，风能作为一种高效清洁的新能源有着巨大的发展潜力。
全球变暖对鸟类存在致命影响。《科学》期刊上的一项研究指出，受气候变化、栖息地减少等主要原因影响，自1970年来，北美洲鸟类数量减少了约29%，相当于近30亿只。
在过去100年中，美国莫哈韦沙漠的温度上升了大约2℃，气候变暖让鸟类的种群丰富性急剧衰减。英国《皇家学会生物学分会学报》论文称，气候变化正在影响鸟类免疫系统，致使鸟类出现新的疾病。
风电通过取代化石燃料减缓气候变化，可以大大改善鸟类的生存环境，进而降低全球鸟类的死亡率。依据国际可再生能源署（IRENA）和国际能源署（IEA）的情境分析，全球每年至少需要新增180GW风电装机，才能实现将温升控制在相对于工业化前水平2℃以内。
事实上，风电不会对鸟类种群构成威胁，其利远大于弊。根据美国鱼类和野生动物服务局统计，按原因分类的北美年度鸟类死亡率由高到低排序分别是：家猫（24亿只），建筑玻璃（5.99亿只），汽车碰撞（2.15亿只），电力线碰撞（2550万只），通讯塔（660万），油坑（75万）和风力发电机（234,000）。计算可知，真正因风电导致鸟类死亡的数量只有全部的0.007%。
当前，风电行业也正在通过高精度光学技术与人工智能结合探测鸟类活动、改变机组叶片颜色等方式，致力于进一步降低鸟类死亡率。
★ 海上风资源较陆上更好，离岸10千米的海上风速通常比沿岸高20%，同时海上很少有静风期
★ 海上风电不占用宝贵的土地资源，不扰民
★ 海上风电单机装机容量更大，扫风面积更大，风资源利用更充分
★ 沿海地区电力需求量大，有助加速沿海地区的能源转型
目前主流风机的单机容量从1.5兆瓦到10兆瓦不等，未来可能会更大，相对来说小容量的都在陆地上，大容量的都在海里。当然，容量越大，同等情况下发电越多。
以2兆瓦的风力发电机组为例：叶片长50-60米左右，以额定转速运行，转动一圈约4秒钟，叶尖速度可达280多公里/时，堪比高铁速度，叶轮转动一圈约发2.2度电。
一度电
可以让25瓦的台灯点亮40小时
让手机充电100多次
让吸尘器把房间打扫5遍
让150瓦的洗衣机运转近7小时
让66瓦的冰箱运转15小时
可供一台普通电扇运行15个小时
可供一台普通空调运行1.5小时
可以使电动自行车跑80公里
可以生产15瓶啤酒
（1）国家能源局指出，在弃风率高于20%的地区，将不再安排新的风电建设规模。这一举措导致新疆、甘肃地区近几年已暂停风电建设。同时，国家能源局在2016年推行了风电投资监测预警机制，预警颜色按红、橙、 蓝三色表示，红色区域即为暂停风电开发建设的区域。2019年，甘肃、新疆均为红色预警区。
（2）由于陆上风电标杆上网电价被改为指导价，新核准的集中式陆上风电项目上网电价全部通过竞价的方式确定，且不得高于项目所在风能资源区的指导价。平价上网政策的推行与国家补贴政策的取消，使得新开发的风电场面临新的技术考验与开发难度进一步加大。
（3）西北地区的电力消纳能力有限，且风电分布比较集中，对外输送有赖于特高压、超高压输电线路建设。西北地区每年风电的弃风率较高，影响到风电装机容量的增长。
（4）海上风能资源禀赋优越，近几年以及未来将成为产业发展的一个重点。这使得深居内陆的西北地区的风电装机在全国的占比逐渐减小。
（5）土地管理制度实施以后，受到耕地红线不能动、林地不能建等限制，西北地区可开发的风能资源进一步减少。
未来风电将会占比越来越大：十四五又有许多新的风电基地开始兴建，例如晋能集团的签约的新疆300万千瓦风、光项目、内蒙古杭锦旗的风电项目。后期随着这些项目不断的落地，风电的成本也在不断降低，风电也将进一步得到发展。
历史：人们利用风能的历史有3000多年，1891年,丹麦人PoulLaCour第一个制造了用来发电的风车。1941-42丹麦的F.L.Smidth公司建造的风车可以看成世界现代风车的前身。
巨大叶片转动并不是靠风推，而是靠升力像飞机翅膀一样
风力发电机的叶片从地面看上去给人的感觉较小，但实际上这些叶片很大。普通的风电叶片都有40多米长，而目前最大的风电叶片长度已经超过100米，远超过大型客机的机翼长度。那么风是如何带动如此巨大的叶片旋转的呢？
其实，风并非“推”动风轮叶片，而是由于叶片横截面的形状上下不对称，风在通过叶片上方的时候流速大,通过下方的时候流速小。这就会导致叶片上方的压强小,下方的压强大，形成叶片上下面的压差，这种压差会产生升力，令风轮旋转。
风力发电的输出
风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V 变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流 220V市电，才能保证稳定使用。
风力发电机组是由风轮、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成。
（1）叶片：叶片是吸收风能的单元，用于将空气的动能转换为叶轮转动的机械能。
（2）变浆系统：变浆系统通过改变叶片的桨距角，使叶片在不同风速时处于最佳的吸收风能的状态，当风速超过切出风速时，使叶片顺桨刹车。
（3）齿轮箱：齿轮箱是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，并使其得到相应的转速。
（4）发电机：发电机是将叶轮转动的机械动能转换为电能的部件。转子与变频器连接，可向转子回路提供可调频率的电压，输出转速可以在同步转速±30%范围内调节。
（5）偏航系统：偏航系统采用主动对风齿轮驱动形式，与控制系统相配合，使叶轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高发电效率。同时提供必要的锁紧力矩，以保障机组安全运行。
（6）轮毂系统：轮毂的作用是将叶片固定在一起，并且承受叶片上传递的各种载荷，然后传递到发电机转动轴上。轮毂结构是3个放射形喇叭口拟合在一起的。
风力发电机的工作原理是通过风力推动叶轮旋转，再通过传动系统增速来达到发电机的转速后来驱动发电机发电，有效的将风能转化成电能。
风力发电机组主要由两大部分组成：
风力机部分――它将风能转换为机械能
发电机部分――它将机械能转换为电能
根据风机这两大部分采用的不同结构类型、以及它们分别采用的技术方案的不同特征，再加上它们的不同组合，风力发电机组可以有多种多样的分类。
1. 如依风机旋转主轴的方向（即主轴与地面相对位置）分类，可分为：
“水平轴式风机”――转动轴与地面平行，叶轮需随风向变化而调整位置；
“垂直轴式风机”――转动轴与地面垂直，设计较简单，叶轮不必随风向改变而调整方向。
2. 根据桨叶接受风能的功率调节方式可分为：
“定桨距（失速型）机组”――桨叶与轮毂的连接是固定的。当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。由于定桨距（失速型）机组结构简单、性能可靠，在20年来的风能开发利用中一直占据主导地位。
“变桨距机组”――叶片可以绕叶片中心轴旋转，使叶片攻角可在一定范围内（一般０－９０度）调节变化，其性能比定桨距型提高许多，但结构也趋于复杂，现多用于大型机组上。
3. 按照叶轮转速是否恒定可分为：
“恒速风力发电机组”――设计简单可靠，造价低，维护量少，直接并网；缺点是：气动效率低，结构载荷高，给电网造成电网波动，从电网吸收无功功率。
“变速风力发电机组”――气动效率高，机械应力小，功率波动小，成本效率高，支撑结构轻。缺点是：功率对电压降敏感，电气设备的价格较高，维护量大。现常用于大容量的主力机型。
4. 根据风力发电机组的发电机类型分类，可分为两大类：
“异步发电机型” “同步发电机型”
异步发电机按其转子结构不同又可分为：
（1）笼型异步发电机――转子为笼型。由于结构简单可靠、廉价、易于接入电网，而在小、中型机组中得到大量的使用；
（2）绕线式双馈异步发电机――转子为线绕型。定子与电网直接连接输送电能，同时绕线式转子也经过变频器控制向电网输送有功或无功功率。
同步发电机型按其产生旋转磁场的磁极的类型又可分为：
（1）电励磁同步发电机――转子为线绕凸极式磁极，由外接直流电流激磁来产生磁场。
（2）永磁同步发电机――转子为铁氧体材料制造的永磁体磁极，通常为低速多极式，不用外界激磁，简化了发电机结构，因而具有多种优势。
5. 如根据风机的额定功率化分，一般可分为：
微型机：10 kW以下
小型机：10 kW至100 kW
中型机：100 kW 至1000 kW
大型机：1000 kW 以上（MW级风机）
风电场组成包含：
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风电机群
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集电部分
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升压变电站(陆上可能多于一级升压，海上可能有集控中心)升压变压器无功补偿装置（电容器、电抗器、静止无功补偿装置、滤波器）
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风电场管理系统
风电场的建造要求：
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风能质量要高。
风力发电场的场址的首要条件必须风能资源丰富。年平均风速在5m/s以上，30m高处的有效风力时数在6000h以上，有效风能密度在240w/m^2以上时才适合建设大型风电场。其实，影响风能质量的因素有年平均风速、平均风功率密度、风频分布、有效风速可利用小时数、风向稳定度等。
风力发电场的场址盛行风向稳定。风向稳定不仅可以增大风能利用率，还可以延长风机寿命。
风力发电场湍流程度要小。风是随机的，并受场地表面粗糙度和附近障碍物的影响。风场湍流的形成一般是由于风道过于粗糙、或者因障碍物而产生的风速及风向的急剧变化而引起的。它不仅会影响风力发电机的出力，还会使风力发电机产生振动和受载不均，降低风力发电机使用寿命，严重时还会造成桨叶飞出的事故。
风力发电场址的自然灾害要少。强风、冰雹、雷暴、地震等都会对风力发电机等造成影响。
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社会自然条件、风力发电场址的地势要较平坦，地质条件要好，以便进行土建施工。
交通便利。要考虑拟建风电场的设备供应和主要建筑材料运输是否便利。是否利于大型吊车、平板车的施工、运输等。
风电场应尽可能接近电网接入点。如:靠近现有的10KV和66KV变电所和线路，以减少电能损耗和送出工程的费用。尽量少占耕地，减少生态破坏。
周围环境。风电场的建设一般会对飞禽及鸟类正常生活和迁徙有影响，为保护生态，场址应尽量避开鸟类飞行路线、候鸟及动物栖息地等，远离自然保护区、军事设施、人口密集地区等。
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海上风电选址要求：根据国家能源局和国家海洋局联合印发的《海上风电开发建设管理暂行办法实施细则》进行实施。例如：海上风电场原则上应在离岸距离不少于10公里、滩涂宽度超过10公里时海域水深不得少于10米的海域布局。在各种海洋自然保护区、海洋特别保护区、重要渔业水域、典型海洋生态系统、河口、海湾、自然历史遗迹保护区等敏感海域，不得规划布局海上风电场等。
优点：
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清洁，环境效益好
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可再生，永不枯竭
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基建周期短
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装机规模灵活
风能永远不会枯竭，利用风能发电可以减少环境污染，降低碳排量，符合我们国家现行的低碳生活的理念，而且风电装机灵活，建造周期也短，不需要一次性投入建造完成，可以分批次，分周期建造，也利于风电企业更好的发展。
缺点：
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噪声，视觉污染
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占用大片土地
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不稳定，不可控
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成本仍然很高
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影响鸟类
风电场的建造需要大量的土地，并且一旦风电场建造完毕，这些土地就不可挪作他用，在一些土地匮乏的地方无疑是一种变相的浪费。而且风电场风机数量多，一些在山区，草原建造的风电场会对鸟类造成伤害，对生态有一定的影响。
风能是一种干净的自然能源，没有常规能源（如煤电，油电）与核电会造成环境污染的问题。平均每装一台单机容量为1兆瓦的风能发电机，每年可以减排2000吨二氧化碳（相当于种植1平方英里的树木）、10吨二氧化硫、6吨二氧化氮。风能产生1兆瓦小时的电量可以减少0.8到0.9吨的温室气体，相当于煤或矿物燃料一年产生的气体量。而且风机不会危害鸟类和其它野生动物。
在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，风能作为一种高效清洁的新能源有着巨大的发展潜力。
全球变暖对鸟类存在致命影响。《科学》期刊上的一项研究指出，受气候变化、栖息地减少等主要原因影响，自1970年来，北美洲鸟类数量减少了约29%，相当于近30亿只。
在过去100年中，美国莫哈韦沙漠的温度上升了大约2℃，气候变暖让鸟类的种群丰富性急剧衰减。英国《皇家学会生物学分会学报》论文称，气候变化正在影响鸟类免疫系统，致使鸟类出现新的疾病。
风电通过取代化石燃料减缓气候变化，可以大大改善鸟类的生存环境，进而降低全球鸟类的死亡率。依据国际可再生能源署（IRENA）和国际能源署（IEA）的情境分析，全球每年至少需要新增180GW风电装机，才能实现将温升控制在相对于工业化前水平2℃以内。
事实上，风电不会对鸟类种群构成威胁，其利远大于弊。根据美国鱼类和野生动物服务局统计，按原因分类的北美年度鸟类死亡率由高到低排序分别是：家猫（24亿只），建筑玻璃（5.99亿只），汽车碰撞（2.15亿只），电力线碰撞（2550万只），通讯塔（660万），油坑（75万）和风力发电机（234,000）。计算可知，真正因风电导致鸟类死亡的数量只有全部的0.007%。
当前，风电行业也正在通过高精度光学技术与人工智能结合探测鸟类活动、改变机组叶片颜色等方式，致力于进一步降低鸟类死亡率。
★ 海上风资源较陆上更好，离岸10千米的海上风速通常比沿岸高20%，同时海上很少有静风期
★ 海上风电不占用宝贵的土地资源，不扰民
★ 海上风电单机装机容量更大，扫风面积更大，风资源利用更充分
★ 沿海地区电力需求量大，有助加速沿海地区的能源转型
目前主流风机的单机容量从1.5兆瓦到10兆瓦不等，未来可能会更大，相对来说小容量的都在陆地上，大容量的都在海里。当然，容量越大，同等情况下发电越多。
以2兆瓦的风力发电机组为例：叶片长50-60米左右，以额定转速运行，转动一圈约4秒钟，叶尖速度可达280多公里/时，堪比高铁速度，叶轮转动一圈约发2.2度电。
一度电
可以让25瓦的台灯点亮40小时
让手机充电100多次
让吸尘器把房间打扫5遍
让150瓦的洗衣机运转近7小时
让66瓦的冰箱运转15小时
可供一台普通电扇运行15个小时
可供一台普通空调运行1.5小时
可以使电动自行车跑80公里
可以生产15瓶啤酒
（1）国家能源局指出，在弃风率高于20%的地区，将不再安排新的风电建设规模。这一举措导致新疆、甘肃地区近几年已暂停风电建设。同时，国家能源局在2016年推行了风电投资监测预警机制，预警颜色按红、橙、 蓝三色表示，红色区域即为暂停风电开发建设的区域。2019年，甘肃、新疆均为红色预警区。
（2）由于陆上风电标杆上网电价被改为指导价，新核准的集中式陆上风电项目上网电价全部通过竞价的方式确定，且不得高于项目所在风能资源区的指导价。平价上网政策的推行与国家补贴政策的取消，使得新开发的风电场面临新的技术考验与开发难度进一步加大。
（3）西北地区的电力消纳能力有限，且风电分布比较集中，对外输送有赖于特高压、超高压输电线路建设。西北地区每年风电的弃风率较高，影响到风电装机容量的增长。
（4）海上风能资源禀赋优越，近几年以及未来将成为产业发展的一个重点。这使得深居内陆的西北地区的风电装机在全国的占比逐渐减小。
（5）土地管理制度实施以后，受到耕地红线不能动、林地不能建等限制，西北地区可开发的风能资源进一步减少。
未来风电将会占比越来越大：十四五又有许多新的风电基地开始兴建，例如晋能集团的签约的新疆300万千瓦风、光项目、内蒙古杭锦旗的风电项目。后期随着这些项目不断的落地，风电的成本也在不断降低，风电也将进一步得到发展。
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