风 力 发 电 机 最 初 出 现 在 十 九 世 纪 末。 自 二 十 世 纪 八 十 年 代 起， 这 项 技 术 不 断 发 展 并 日 渐 成 熟 ， 适 合 工 业 应 用 。 近 二 三 十 年 ， 典 型 的 风 力 发 电 机 的 风 轮 直 径 不 断 增 大 ， 而 额 定 功 率 也 不 断 提 升 。

在 二 十 一 世 纪 00 年 代 初 ， 风 力 发 电 机 最 具 经 济 效 益 的 额 定 输 出 功 率 范 围 在 600 千 瓦 至 750 千 瓦 之 间 ， 而 风 轮 直 径 则 在 40 米 至 47 米 之 间 。 当 时 所 有 制 造 商 都 有 生 产 这 类 风 力 发 电 机 。 新 一 代 的 兆 瓦 级 风 力 发 电 机 是 以 这 类 机 种 作 为 基 础 发 展 出 来 的 。 有 一 些 制 造 商 开 始 生 产 额 定 功 率 为 几 兆 瓦 而 风 轮 直 径 达 到 约 90 米 的 风 力发 电 机， 甚 至 有 些 直 径 达 100 米。

另 一 类 更 大 型 的 为 海 上 应 用 而 设 计 的 风 力 发 电 机 ， 已 经 完 成 设 计 并 制 成 原 型 机 。 例 如 RE Power 公 司 设 计 的 风 力 发 电 机 风 轮 直 径 达 126 米 ， 功 率 达 5 兆 瓦 。

风 的 功 率

风 的 能 量 指 的 是 风 的 动 能 。 特 定 质 量的 空 气 的 动 能 可 以 用 下 列 公 式 计 算 。

能 量 = 1/2 X 质 量 X ( 速 度 )^2

　　吹 过 特 定 面 积 的 风 的 的 功 率 可 以 用 下 列 公 式 计 算 。

   功 率 = 1/2 X 空 气 密 度 X 面 积 X ( 速 度 )^3

其 中 ， 功 率 单 位 为 瓦 特 ； 空 气 密 度 单 位 为 千 克 / 立方 米 ； 面 积 指 气 流 横 截 面 积 ， 单 位 为 平 方 米 ； 速 度 单 位 为 米 / 秒 。

在 海 平 面 高 度 和 摄 氏 15 度 的 条 件 下 ， 乾 空 气 密 度 为 1.225 千 克 / 立 方 米 。 空 气 密 度 随 气 压 和 温 度 而 变 。 随 著 高 度 的 升 高 ， 空 气 密 度 也会 下 降 。

於 上 述 公 式 中 可 以 看 出 ， 风 的 功 率 与 速 度 的 三 次 方 〔立 方 〕 成 正 比 ， 并 与 风 轮 扫 掠 面 积 成 正 比 。 不 过 实 际 上 ， 风 轮 只 能 提 取 风 的 能 量 中 的 一 部 分， 而 非 全 部 。

风 力 发 电 机 的 工 作 原 理

现 代 风 力 发 电 机 采 用 空 气 动 力 学 原 理， 就 像 飞 机 的 机 翼 一 样 。 风 并 非 " 推 " 动 风 轮 叶 片 ， 而 是 吹 过 叶 片 形 成 叶 片 正 反 面 的 压 差 ， 这 种 压 差 会 产 生 升 力 ，令 风 轮 旋 转 并 不 断 横 切 风 流 。

风 力 发 电 机 的 风 轮 并 不 能 提 取 风 的 所有 功 率 。 根 据 Betz 定 律 ， 理 论 上 风 电 机 能 够 提 取 的 最 大 功 率 ， 是风 的 功 率 的 59.6% 。 大 多 数 风 电 机 只 能 提 取 风 的 功 率 的 40% 或 者 更 少 。

风 力 发 电 机 主 要 包 含 三 部 分 ∶ 风 轮 、机 舱 和 塔 杆 。 大 型 与 电 网 接 驳 的 风 力 发 电 机 的 最 常 见 的 结 构 ， 是 横 轴 式 三 叶 片 风 轮 ， 并 安 装 在 直 立 管 状 塔 杆 上 。

风 轮 叶 片 由 复 合 材 料 制 造 。 不 像 小 型 风 力 发 电 机 ， 大 型 风 电 机 的 风 轮 转 动 相 当 慢 。 比 较 简 单 的 风 力 发 电 机 是 采用 固 定 速 度 的 。 通 常 采 用 两 个 不 同 的 速 度 - 在 弱 风 下 用 低 速 和 在 强 风 下 用 高 速 。 这 些 定 速 风 电 机 的 感 应 式 异 步 发 电 机 能 够 直 接 发 产 生 电 网 频 率 的 交 流 电 。

比 较 新 型 的 设 计 一 般 是 可 变 速 的。 利 用 可 变 速 操 作 ，风 轮 的 空 气 动 力 效 率 可 以 得 到 改 善 ， 从 而 提 取 更 多 的 能 量 ， 而 且 在 弱 风 情 况 下 噪 音 更 低 。 因此 ， 变 速 的 风 电 机 设 计 比 起 定 速 风 电 机 ， 越 来 越 受 欢 迎 。

机 舱 上 安 装 的 感 测 器 探 测 风 向 ， 透 过 转 向 机 械 装 置 令 机 舱 和 风 轮 自 动 转 向 ， 面 向 来 风 。

 风 轮 的 旋 转 运 动 通 过 齿 轮 变 速 箱 传 送 到 机 舱 内 的 发 电 机 （ 如 果 没 有 齿 轮 变 速 箱 则 直 接 传 送 到 发 电 机 ） 。 在 风 电 工 业 中 ， 配 有 变 速箱 的 风 力 发 电 机 是 很 普 遍 的 。 不 过 ， 为 风 电 机 而 设 计 的 多 极 直 接 驱 动 式 发 电 机 ， 也 有 显 著 的 发 展 。

设 於 塔 底 的 变 压 器 （ 或 者 有 些 设 於 机 舱 内 ） 可 提 升 发 电 机 的 电 压 到 配 电 网 电 压。

所 有 风 力 发 电 机 的 功 率 输 出 是 随 著 风 力 而 变 的 。 强 风 下 最 常 见 的 两 种 限 制 功 率 输 出 的 方 法 （ 从 而 限 制 风 轮 所 承 受 压 力 ） 是 失 速 调 节 和 斜 角 调 节 。 使 用 失 速 调 节 的 风 电 机 ， 超 过 额 定 风 速 的 强 风 会 导 致 通 过 业 片 的 气 流 产 生 扰 流 ， 令 风 轮 失 速 。 当 风 力 过 强 时 ， 业 片 尾 部 制 动 装 置 会 动 作 ， 令 风 轮 剎 车 。 使 用 斜 角 调 节 的 风 电 机 ， 每 片 叶 片 能 够 以 纵 向 为 轴 而 旋 转 ， 叶 片 角 度 随 著 风 速 不 同 而 转 变 ， 从 而 改 变 风 轮 的空 气 动 力 性 能 。 当 风 力 过 强 时 ， 叶 片 转 动 至 迎 气 边 缘 面 向 来 风 ， 从 而 令 风 轮 剎 车 。

叶 片 中 嵌 进 了 避 雷 条 ， 当 叶 片 遭 到 雷 击 时 ， 可 将 闪 电 中 的 电 流 引 导 到 地 下 往 。

风 力 发 电 机 的 功 率 曲 线

　　在 风 速 很 低 的 时 候 ， 风 电 机 风 轮 会 保 持 不 动 。 当 到 达 切 进 风 速 时 （ 通 常 每 秒 3 到 4 米 ）， 风 轮 开 始 旋 转 并 牵 引 发 电 机 开 始 发 电 。 随 著 风 力 越 来 越 强 ， 输 出 功 率 会 增 加 。 当 风 速 达 到 额 定 风 速 时 ， 风 电 机 会 输 出 其 额 定 功 率 。 之 後 输 出 功 率 会 保 留 大 致 不 变 。 当 风 速 进 一 步 增 加， 达 到 切 出 风 速 的 时 候 ， 风 电 机 会 剎 车 ， 不 再 输 出 功 率 ， 为 免 受 损 。

 风 力 发 电 机 的 性 能 可 以 用 功 率 曲 线 来 表 达 。 功 率 曲 线 是 用 作 显 示 在 不 同 风 速 下 （ 切 进 风 速 到 切 出 风 速 ） 风 电 机 的 输 出 功 率 。