2.风力发电中提高效率的方法

(1)优化风力发电机的结构和位置

水平轴风力发电机设计理论表明，在一定的风力机转速与风速的比值下，风力发电机的风轮对风能的转换效率最高。对于常用的转速不变的恒转速风力发电机而言，在风速变化时就无法保持最佳的风力机转速与风速的比值，因而其风能转换效率就不能经常保持在最佳值。但恒转速风力发电机可以输出恒定频率的交流电，便于与电网连接。随后研制的变转速风力发电机可以在不同风速下均保持最佳的转速与风速的比值，因而风能转换效率高，一般比恒转速风力发电机可增加约10%的发电量。但其输出电流的频率不稳定，必须通过增设的变频装置才能实现输出恒频的交流电以便与电网连接。现在单机功率超过1 MW的大型风力发电机组大多采用变转速运行方式。

风力发电机组中的塔架将风轮和机舱置于空中以获得更多的风能。塔架有两种主要结构，一种为由钢板制成的锥形筒状塔架，另一种为由角钢制成的桁架式塔架，两者均设有梯子和安全索以便于维修人员进入机舱。大中型风力发电机组均配有由微机和控制软件组成的控制系统，可以对机组的启动、停机、调速、故障保护进行自动控制，可以对机组的运行参数和工作状况自动显示和纪录，以确保机组的安全经济运行。风力发电机组根据其运行方式可分为离网型风力发电系统和并网型风力发电系统。前者独立运行，主要用于边远农村、牧区、海岛等远离电网的地区，机组功率较小(一般为5 kw以下)。在这种系统中，风力交流发电机输出的交流电经整流器整流后输入蓄电池蓄能，再供直流负荷使用。如用户需要交流电，则应在蓄电池与用户之间加装逆变器后再输给用户。在无风期间，可由蓄电池供电。风力发电机组也可和柴油发电机组或太阳光发电系统组成一个互补型的联合发电系统。在风力发电机不能输出足够电力时，另一个系统可提供备用的电力。风力发电机采用并网运行方式指的是将风力发电机组与电网连接并将输出的电力并入电网。对于恒速恒频的常用风力发电机组已普遍采用。对于变速风力发电机组则需增设变频装置等使输出电流达到恒频后再并网运行。

(2)智能控制系统可大大提高风能利用率

美国雪城大学L.C.史密斯工程和计算机学院部分研究人员正在进行这方面的研究工作。目前，他们正在测试自己开发的主动式风流动智能控制系统。该系统的基本出发点是根据表面测量而估算流过叶片表面风的状况，然后将此信息传递给智能控制器，以便对叶片采取实时调整控制气流和提高风力发电机系统的整体效率。此举还有可能降低因流动分离而产生的过度噪音和叶片振动。

参与研究的人员包括王冠南(英译)、巴斯曼·哈迪迪和马克·格劳泽尔，他们完成的初期仿真结果显示，对叶片1/2半径以外的外侧板施以气流控制，能在风力发电机额定功率输出相同的情况下，显著地增大风力发电机整体工作范围;或者说，在相同的工作范围，可适当地提高风力发电机的额定输出功率。

研究人员认为，在采用气流控制后，风力发电机的工作范围可以有效地提高80%，额定功率输出不变;或者将额定输出功率增加20%，工作范围保持不变。他们表示，最佳的气流控制部位为叶片外侧板超出半径一半的位置。

借助雪城大学新落成的无回声风洞设施，研究人员同时还在分析和了解特定的叶片形状，以决定在气流极其不稳定的环境下，不同形状的叶片在受到适当气流控制时，其所具有的升力和阻力特性。此外，研究人员还将利用无回声风洞来评估和测量气流控制对风力发电机噪声频谱的影响。

美国能源部支持的明尼苏达大学风能联盟专门从事与风能相关的研究，雪城大学的主动风流动智能控制系统研究属于联盟整体工作的组成部分。身为机械和航空工程教授的格劳泽尔表示，很高兴能参与明尼苏达大学牵头的具有世界水平的风能研究联盟，这是将在气流智能控制系统方面的专业知识用于可再生能源领域的极好机会。