风力发电机的扇叶是什么材质

风力发电叶片主要材质为玻璃钢。

玻璃钢叶片质轻、强度好、耐腐蚀，我国2.5MW以下风力发电叶片均为玻璃钢材质。

碳纤维主要用于风力发电叶片加强，用于2.5MW以上风力发电机叶片。国外如，维斯塔斯和歌美飒目前在使用碳纤维加强叶片，国内目前应用较少。伴随着风力发电机的逐渐增大，碳纤维材料制造成本的降低，碳纤维在叶片中的应用将逐渐增加，并成为主流。

尼龙、铝合金不太适合做叶片材料。

拉型玻璃钢增强叶片，具有良好的耐久性和耐腐蚀性

耐酸、碱、及大气环境的腐蚀，不须定期维护，材质均匀，柔韧性强，尺寸一致，重量标准，表面光滑，等特点。

主要用于：风力发电机、风力提水机、高速公路防眩板。

大型风电机上的大部分转子叶片用玻璃纤维强化塑料（GRP）制造。采用碳纤维或芳族聚酰胺作为强化材料是另外一种选择，但这种叶片对大型风电机是不经济的。木材、环氧木材、或环氧木纤维合成物目前还没有在转子叶片市场出现，尽管目前在这一领域已经有了发展。钢及铝合金分别存在重量及金属疲劳等问题，他们目前只用在小型风电机上。

用于加工叶片的材料有木头、金属、工程塑料、玻璃钢等。

微型风力发电机的叶片一般用木头手工制作，金属冷冲压成型或注塑成型的工艺方法；

小型风力发电机叶片一般用金属或玻璃钢手工制作。其中玻璃钢叶片式最流行、使用的叶片；

大型风力发电机叶片一般用玻璃钢手工制作。

风力发电机的制做材料 答：发电机的基本说明： 交流发电机有制作简单、故障率低、效率高、经整流转换成直流容易的优点；故，一般发电机均采用交流发电。 如果是用于照明或用于整流充电，可不考虑频率（频率由转速决定，在同转速下则由极对数决定）。 在不考虑输出频率的情况下，输出电压除了由绕组的匝数和铁芯截面积决定以外，有很大范围则是由转速决定的（正比）；输出功率则是由绕组铁芯截面积、激磁的磁力强度（电磁铁为安匝数、永磁则为每平方厘米磁力）和绕组的线径决定的。 直接用车用发电机发电： 如果仅仅需要单相电压为12-24V功率只需数百瓦（转速500～1000），汽车上的单相（或三相）交流发电机可满足要求。可到汽车配件商店或到拆旧汽车场去选择购买。 如果购买的汽车发电机（几乎都是6-8极永磁单相交流），若符合要求便可直接使用，如果在特定转速下电压有偏差，可根据绕组总匝数除以所发出的电压得到在该转速下的每伏匝数，再根据这个伏匝数据用适应的线径重绕即可满足在特定转速下的电压要求。 如果手头已有一个汽车发电机的机壳，可采用试验绕制的方法对该电机进行特定转速下的每伏匝数的数据获得，有了伏匝数据就可准确地计算匝数和线径绕制该发电机了。 把三相鼠笼异步电动机改为永磁式三相同步发电机： 三相发电机有效率高、可直接获得线电压和相电压两种、经整流获得的直流比单相平稳的优点。 把三相交流异步电动机的鼠笼转子改为强力永磁转子（极距和定子基本一致）。如果发出的三相电压不符合自己要求（频率依旧为50HZ时，输出电压和功率决定于永磁转子的磁力）可把定子绕组重绕（根据原绕组的伏匝参数作为改绕成符合电压要求的数据），使它变成符合使用要求的三相同步发电机（永磁极数对应于绕组极数，永磁转子可向磁钢厂家帮助定制，只需加热褪掉鼠笼铁芯替换成永磁钢即可）。 把三相异步电动机改为激磁式三相同步发电机： 或者将定子重绕的同时把转子换成线绕式，并增加输出滑环和碳刷（转子励磁绕组极对数对应于定子绕组），将它做成靠剩磁为触发的串励、并励和复励发电机（可在定子任意部位粘接一个小强力永磁，来克服剩磁的消失）。注：自励式的串励、并励和复励发电机，由于需要消耗励磁电流，故而发电效率相对较低。 将电动车的无刷电机作为发电机： 两轮电动车的无刷电动机，其实它就是永磁式三相交流同步电机（直接可逆为发电机，即：在电源线上接个低压小灯泡，用手盘转即可点亮）。 如果是在山村想利用山溪或有一米以上落差的水流或风力发电，用于给电瓶充电再经逆变器，就可供家庭照明、电视、洗衣机等使用了，建议你直接用48-64伏500-1100瓦的电动车电机发电，只需拆掉内外胎加装上合适的水翼或风叶，用水力或风力推动就可直接从三根主线发出三相交流电，其电压、频率和输出功率由转速决定。如果不改绕，最大功率是在输出40-70伏左右的范围，也可根据原始绕组的伏匝数据将它重绕，把最大功率和转速效率范围定在所需要的24或36伏范围（废旧电动车电机可在电动车修理铺购买）。注：用电动车电机作发电机，在家里还需一个在交流12-70伏范围内可正常充电工作的充电器、一个合适电压和容量的蓄电池组、一个与电池组电压相匹配，能将直流变成交流频率50HZ电压220V，输出功率合适的“逆变器”才可以。 也许你要问“问什么不能将风力发电机发出的电，直接用来照明和供电视机洗衣机使用”，那是因为自然界的风力不稳，发电机发出的电压和功率也不稳、负载大小不同给予发电机的阻力也是不同的，这两点就制约了风力发电机是不能当作稳定的电源来利用；因此它发出的电压和频率也相当不稳（非稳压器可完成，也不像汽油机和柴油机带动发电，可自动调节油门来控制出力），所以必须要将这不稳定的电压和电流，经充入12-36伏范围的大容量蓄电池（电瓶），用相对稳定的蓄电池直流电提供给逆变器，由逆变器变成相对稳定频率为50赫兹的220伏交流电，才能供家庭正常使用。 关于风力发电机： 用风力推动螺旋桨来带动发电机，这样的发电机必须要考虑转速问题。风力驱动的发电机最好是把额定转速定在200-500转/分范围（30-12极），因为风力驱动的转速较慢，只有在转速直接能匹配的状态下，才能降低损耗、才能适应弱风、才能发出最高效率的电能。 当然，对低速也可以采取变速提升若干倍的办法，来解决降低发电机的极数去匹配；但这样会使发电机在弱风状态下无法工作（弱力变速提升困难，犹如汽车挂1档停止于斜坡）；故，风力发电一般不采用增速匹配。如果必须要通过增速运行，则必须要采用轻启动的剩磁自励式发电机，以减小起动阻力（永磁式有静态吸合阻力），但自励式发电机最终在低速下会导致不能建立励磁而停止发电的弊端。 如果是欲制作家庭使用的风力发电机，我建议最好是直接使用现成的电动车电机，它随转速能发出大约24-80伏的三相交流电（效率可达80%以上），做好相应的自动调压控制，用于整流给电瓶充电可不在乎频率，它有启动所需力矩小、对风力强弱适应力强、在任何转速下都能发出相应频率和功率的电能；如果用500-1200瓦的电动车电机，在功率、电压和转速上均正好符合作为家庭风力发电机的要求，如果嫌功率不够可用安装若干台的办法来解决。 （注：拆掉电动车电机里无用的霍尔反馈装置，仅用三根电源线）关于给去掉了外胎只剩轮毂的电动车电机，给它增加支撑架和加上螺旋桨，对于具备有一定机械知识和五金制作加工经验的人来说，会显得很简单。至于螺旋桨的几何半径、厚度、宽窄形状的尺寸大小和桨叶角度及片数，可参考各风力螺旋浆产品或媒体图片和书籍资料......也可自己结合当地平均风力进行数次效果制作试验来确定。 我的原创回答完毕，希望能对朋友有所帮助。

基本原理和部件组成如下：

大部分风电机具有恒定转速，转子叶片末的转速为64米/秒，在轴心部分转速为零。距轴心四分之一叶片长度处的转速为16米/秒。图中的黄色带子比红色带子，被吹得更加指向风电机的背部。这是显而易见的，因为叶片末端的转速是撞击风电机前部的风速的八倍。

为什么转子叶片呈螺旋状？

大型风电机的转子叶片通常呈螺旋状。从转子叶片看过去，并向叶片的根部移动，直至到转子中心，你会发现风从很陡的角度进入（比地面的通常风向陡得多）。如果叶片从特别陡的角度受到撞击，转子叶片将停止运转。因此，转子叶片需要被设计成螺旋状，以保证叶片后面的刀口，沿地面上的风向被推离。

风电机结构

机舱：机舱包容着风电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风电机塔进入机舱。机舱左端是风电机转子，即转子叶片及轴。

转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米，而且被设计得很象飞机的机翼。

轴心：转子轴心附着在风电机的低速轴上。

低速轴：风电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风电机上，转子转速相当慢，大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。

齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。

高速轴及其机械闸：高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风电机被维修时。

发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风电机上，最大电力输出通常为500至1500千瓦。

偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。图中显示了风电机偏航。通常，在风改变其方向时，风电机一次只会偏转几度。

电子控制器：包含一台不断监控风电机状态的计算机，并控制偏航装置。为防止任何故障（即齿轮箱或发电机的过热），该控制器可以自动停止风电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风电机操作员。

液压系统：用于重置风电机的空气动力闸。

冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。一些风电机具有水冷发电机。

塔：风电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。

风速计及风向标：用于测量风速及风向。

风电机发电机

风电机发电机将机械能转化为电能。风电机上的发电机与你通常看到的，电网上的发电设备相比，有点不同。原因是，发电机需要在波动的机械能条件下运转。

输出电压

大型风电机（100-150千瓦）通常产生690伏特的三相交流电。然后电流通过风电机旁的变压器（或在塔内），电压被提高至一万至三万伏，这取决于当地电网的标准。

大型制造商可以提供50赫兹风电机类型（用于世界大部分的电网），或60赫兹类型（用于美国电网）。

冷却系统

发电机在运转时需要冷却。在大部分风电机上，发电机被放置在管内，并使用大型风扇来空冷；一部分制造商采用水冷。水冷发电机更加小巧，而且电效高，但这种方式需要在机舱内设置散热器，来消除液体冷却系统产生的热量。

启动及停止发电机

如果你通过弹开一个普通开关，将大型风电机发电机与电网连接或解开，你很可能会损毁发电机、齿轮箱及邻近电网。

发电机电网的设计

风电机可以使用同步或异步发电机，并直接或非直接地将发电机连接在电网上。直接电网连接指的是将发电机直接连接在交流电网上。非直接电网连接指的是，风电机的电流通过一系列电力设备，经调节与电网匹配。采用异步发电机，这个调节过程自动完成。

转子叶片

转子叶片轮廓（横切面）

风电机转子叶片看起来像航行器的机翼。实际上，转子叶片设计师通常将叶片最远端的部分的横切面设计得类似于正统飞机的机翼。但是叶片内端的厚轮廓，通常是专门为风电机设计的。为转子叶片选择轮廓涉及很多折衷的方面，诸如可靠的运转与延时特性。叶片的轮廓设计，即使在表面有污垢时，叶片也可以运转良好。

转子叶片的材质

大型风电机上的大部分转子叶片用玻璃纤维强化塑料（GRP）制造。采用碳纤维或芳族聚酰胺作为强化材料是另外一种选择，但这种叶片对大型风电机是不经济的。木材、环氧木材、或环氧木纤维合成物目前还没有在转子叶片市场出现，尽管目前在这一领域已经有了发展。钢及铝合金分别存在重量及金属疲劳等问题，他们目前只用在小型风电机上。

风电机齿轮箱

为什么要使用齿轮箱？

风电机转子旋转产生的能量，通过主轴、齿轮箱及高速轴传送到发电机。

为什么要使用齿轮箱？为什么我们不能通过主轴直接驱动发电机？

如果我们使用普通发电机，并使用两个、四个或六个电极直接连接在50赫兹交流三相电网上，我们将不得不使用转速为1000至3000转每分钟的风电机。对于43米转子直径的风电机，这意味着转子末端的速度比声速的两倍还要高。另外一种可能性是建造一个带许多电极的交流发电机。但如果你要将发电机直接连在电网上，你需要使用200个电极的发电机，来获得30转每分钟的转速。另外一个问题是，发电机转子的质量需要与转矩大小成比例。因此直接驱动的发电机会非常重。

更低的转矩，更高的速度

使用齿轮箱，你可以将风电机转子上的较低转速、较高转矩，转换为用于发电机上的较高转速、较低转矩。风电机上的齿轮箱，通常在转子及发电机转速之间具有单一的齿轮比。对于600千瓦或750千瓦机器，齿轮比大约为1比50。

下图显示了用于风电机的1.5兆瓦的齿轮箱。这个齿轮箱有些不同寻常，因为在高速点的两个发电机上安装有法兰。右侧安装在发电机下的橙黄色配件，是液压驱动的紧急盘状刹车。在背景处你可以看到用于1.5MW风电机的机舱的下半部分

风电机偏航装置

风电机偏航装置用于将风电机转子转动到迎风的方向。

偏航误差

当转子不垂直于风向时，风电机存在偏航误差。偏航误差意味着，风中的能量只有很少一部分可以在转子区域流动。如果只发生这种情况，偏航控制将是控制向风电机转子电力输入的极佳方式。但是，转子靠近风源的部分受到的力比其它部分要大。一方面，这意味着转子倾向于自动对着风偏转，逆风或顺风的汽轮机都存在这种情况。另一方面，这意味着叶片在转子每一次转动时，都会沿着受力方向前后弯曲。存在偏航误差的风电机，与沿垂直于风向偏航的风电机相比，将承受更大的疲劳负载。

偏航机构

几乎所有水平轴的风电机都会强迫偏航。即，使用一个带有电动机及齿轮箱的机构来保持风电机对着风偏转。本图显示的是750千瓦风电机上的偏航机构。我们可以看到环绕外沿的偏航轴承，及内部偏航马达及偏航闸的轮子。几乎所有逆风设备的制造商都喜欢在不需要的情况下，停止偏航机构。偏航机构由电子控制器来激发。

电缆扭曲计数器

电缆用来将电流从风电机运载到塔下。但是当风电机偶然沿一个方向偏转太长时间时，电缆将越来越扭曲。因此风电机配备有电缆扭曲计数器，用于提醒操作员应该将电缆解开了。类似于所有风电机上的安全机构，系统具有冗余。风电机还会配备有拉动开关，在电缆扭曲太厉害时被激发。

http://www.tosafe.net/riskman/ShowArticle.asp?ArticleID=262

深海区是利用钻探机在深海里钻岩然后打桩固定发电机，这应该是成本比较大的一种，但也是很常见的，因为它还是比较安全的。还有就是用沉箱固定水下风机，这是由海上用混凝土沉箱基础架设起来的，然后再移到海中相应的位置放入沙子回到海底，并把风机固定起来，但这只能适应于尼罗河区，还不适应于深海，很难找到相应的位置，还是有一种三脚架基础为准，这种也和冲床的那种差不多，没有多大的区别。

其实，风力发电机是利用风力带动风车叶片旋转，然后通过调速器加速来发电的，而这是最经济实惠的省力方式；天然的发电机，用起来资源很好，也为国家节约了能源，也证明国家的科学技术相当发达，能想出好的发电方式。一台风轮的高度可能超过33层楼，当然，风机的大小与它的功率直接挂钩，1500KW的风轮直径约为77米，塔高约65米；2500KW和3000KW的风轮功率为90米，塔高约100米；现在1500KW的风轮是中国的主流机型，其实这个功率已经有点落后了。

随着陆上风电的快速发展，也出现了一些负面的问题，比如风电利用场地的限制，特别是占地和噪音。因此，风电场的目标是海上，因为海上的风能资源比较丰富，场地比较宽阔。毫无疑问，海上风电场的建设将比陆地风电场的建设困难得多。

以上就是小编针对问题做得详细解读，希望对大家有所帮助，如果还有什么问题可以在评论区给我留言，大家可以多多和我评论，如果哪里有不对的地方，大家也可以多多和我互动交流，如果大家喜欢作者，大家也可以关注我哦，您的点赞是对我最大的帮助，谢谢大家了。

风电机结构： 机舱：机舱包容着风电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风电机塔进入机舱。机舱前端是风电机叶轮，即叶片、轮毂和轴。叶片：捉获风，并将风力传送到轮毂。在600千瓦级别的风电机上，每个叶片的长度大约为20米；而在5兆瓦级别的风电机上，叶片长度可以达到60米。叶片的设计很类似飞机的机翼，制造材料却大不相同，多采用纤维而不是轻型合金。大部分叶片用玻璃纤维强化塑料（GRP）制造。采用碳纤维或芳族聚酰胺作为强化材料是另外一种选择，但这种叶片对大型风电机是不经济的。除此之外，已经有厂家用竹子做叶片，实际运行情况还有待试验。木材、环氧木材、或环氧木纤维合成物目前还没有在叶片市场出现，尽管目前在这一领域已经有了发展。钢及铝合金分别存在重量及金属疲劳等问题，目前只用在小型风电机上。。实际上，叶片设计师通常将叶片最远端的部分的横切面设计得类似于正统飞机的机翼。但是叶片内端的厚轮廓，通常是专门为风电机设计的。为叶片选择轮廓涉及很多折衷的方面，诸如可靠的运转与延时特性。叶片的轮廓设计，即使在表面有污垢时，叶片也可以运转良好。轮毂：轮毂附着在风电机的主轴上。主轴：风电机的主轴将轮毂与变速齿轮箱连接在一起。在一般的风电机上，叶轮转速相当慢，大约为19至30转每分钟。主轴一般是中空的，中间有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。齿轮箱：齿轮箱连接主轴和高速轴的变速装置，它可以将高速轴的转速提高至主轴的n倍。（半直驱n=10左右，双馈机型n=50-120之间；直驱机型没有齿轮箱。）高速轴及其机械闸：高速轴的额定转速按照不同的增速比，有1500转/分钟、1000转/分钟运转、300转/分钟等。双馈机型和半直驱机型中由高速轴驱动发电机，直驱机型中主轴直接驱动发电机。高速轴上一般装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风电机被维修时。发电机：风电机发电机将机械能转化为电能。风电机上的发电机与普通电网上的发电设备相比，有所不同：风电机发电机需要在波动的机械能条件下运转。通常使用的风电机发电机是感应电机或异步发电机，最新的风电机已经开始使用永磁同步发电机。目前世界上单机最大电力输出超过6000千瓦（德国enercon的E-112/114）。主控系统：主控系统是用于调整风电机最佳工作状态的控制系统，分别是用于控制风电机机舱部分的偏航系统（YAW系统）和控制叶片切割角度（攻角）的变桨系统（Pitch或者Stall）。YAW系统借助电动机转动机舱，以使叶轮调整风向的最佳切入角度。该系统由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来探知风向。通常，在风改变其方向时，风电机一次只会偏转几度。关于叶片攻角的调整：小功率级别的风电机都是通过统一的变桨系统调整所有叶片的角度，而最新的风电机大都是每个叶片设置单独的变桨系统。电子控制器：一般都使用一台或多台不断监控风电机状态的计算机，用于控制偏航装置。一旦风电机发生故障（即齿轮箱或发电机的过热），该控制器可以自动停止风电机的转动，并通过网络信号通知风电机管理中心。液压系统：用于重置风电机的空气动力闸。冷却系统：发电机在运转时需要冷却。在大部分风电机上，发电机被放置在管内，并使用大型风扇来空冷，除此之外还需要一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油；还有一部分制造商采用水冷。水冷发电机更加小巧，而且电效高，但这种方式需要在机舱内设置散热器，来消除液体冷却系统产生的热量。一些新型风电机也采用水冷和风冷并用系统（比如德国Multibrid的M5000）。从外形上看，空冷发电机一般为长方体形，水冷发电机一般为圆柱形。机塔：风电机塔载有机舱及叶轮。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。600千瓦风电机的塔高为40至60米，5兆瓦级别的塔高则超过100米。根据底座的不同，机塔可以为管状塔筒，也可以是桁架。塔筒对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。桁架结构的机塔优点在于它重量轻，技术相对成熟（与海上石油钻井台原理相同）。基础：早期小功率的风电机基础和机塔是结合到一起的，随着风电机单机功率越来越大，机塔也越来越长，对机塔底部的力学要求也越来越多，越来越复杂，所以目前的技术发展趋势是将基础从机塔中分离出来单独制造。目前常见的基础结构包括直杆式、三脚架、桁架、重力式、吸盘式以及一些浮力基础。风速计及风向标：用于测量风速及风向。输出电压欧洲风电机通常产生690伏特（美国风电机通常为575伏特）的三相交流电，电流通过风电机旁（或在塔内）的变压器，电压被提高至一万至三万伏，这取决于当地电网的标准。除此之外，还有部分风机采用高压或者中压电机发电，发电机直接发出超过1万伏的高压电或者3000伏左右的中压整机制造商可以提供50赫兹风电机类型（用于世界大部分的电网），或60赫兹类型（用于美国电网）。发电机电网的设计风电机可以使用同步或异步发电机，并直接或非直接地将发电机连接在电网上。直接电网连接指的是将发电机直接连接在交流电网上。非直接电网连接指的是，风电机的电流通过一系列电力设备，经调节与电网匹配。采用异步发电机，这个调节过程自动完成。

基本原理和部件组成如下：

大部分风电机具有恒定转速，转子叶片末的转速为64米/秒，在轴心部分转速为零。距轴心四分之一叶片长度处的转速为16米/秒。图中的黄色带子比红色带子，被吹得更加指向风电机的背部。这是显而易见的，因为叶片末端的转速是撞击风电机前部的风速的八倍。

为什么转子叶片呈螺旋状？

大型风电机的转子叶片通常呈螺旋状。从转子叶片看过去，并向叶片的根部移动，直至到转子中心，你会发现风从很陡的角度进入（比地面的通常风向陡得多）。如果叶片从特别陡的角度受到撞击，转子叶片将停止运转。因此，转子叶片需要被设计成螺旋状，以保证叶片后面的刀口，沿地面上的风向被推离。

风电机结构

机舱：机舱包容着风电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风电机塔进入机舱。机舱左端是风电机转子，即转子叶片及轴。

转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米，而且被设计得很象飞机的机翼。

轴心：转子轴心附着在风电机的低速轴上。

低速轴：风电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风电机上，转子转速相当慢，大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。

齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。

高速轴及其机械闸：高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风电机被维修时。

发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风电机上，最大电力输出通常为500至1500千瓦。

偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。图中显示了风电机偏航。通常，在风改变其方向时，风电机一次只会偏转几度。

电子控制器：包含一台不断监控风电机状态的计算机，并控制偏航装置。为防止任何故障（即齿轮箱或发电机的过热），该控制器可以自动停止风电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风电机操作员。

液压系统：用于重置风电机的空气动力闸。

冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。一些风电机具有水冷发电机。

塔：风电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。

风速计及风向标：用于测量风速及风向。

风电机发电机

风电机发电机将机械能转化为电能。风电机上的发电机与你通常看到的，电网上的发电设备相比，有点不同。原因是，发电机需要在波动的机械能条件下运转。

输出电压

大型风电机（100-150千瓦）通常产生690伏特的三相交流电。然后电流通过风电机旁的变压器（或在塔内），电压被提高至一万至三万伏，这取决于当地电网的标准。

大型制造商可以提供50赫兹风电机类型（用于世界大部分的电网），或60赫兹类型（用于美国电网）。

冷却系统

发电机在运转时需要冷却。在大部分风电机上，发电机被放置在管内，并使用大型风扇来空冷；一部分制造商采用水冷。水冷发电机更加小巧，而且电效高，但这种方式需要在机舱内设置散热器，来消除液体冷却系统产生的热量。

启动及停止发电机

如果你通过弹开一个普通开关，将大型风电机发电机与电网连接或解开，你很可能会损毁发电机、齿轮箱及邻近电网。

发电机电网的设计

风电机可以使用同步或异步发电机，并直接或非直接地将发电机连接在电网上。直接电网连接指的是将发电机直接连接在交流电网上。非直接电网连接指的是，风电机的电流通过一系列电力设备，经调节与电网匹配。采用异步发电机，这个调节过程自动完成。

转子叶片

转子叶片轮廓（横切面）

风电机转子叶片看起来像航行器的机翼。实际上，转子叶片设计师通常将叶片最远端的部分的横切面设计得类似于正统飞机的机翼。但是叶片内端的厚轮廓，通常是专门为风电机设计的。为转子叶片选择轮廓涉及很多折衷的方面，诸如可靠的运转与延时特性。叶片的轮廓设计，即使在表面有污垢时，叶片也可以运转良好。

转子叶片的材质

大型风电机上的大部分转子叶片用玻璃纤维强化塑料（GRP）制造。采用碳纤维或芳族聚酰胺作为强化材料是另外一种选择，但这种叶片对大型风电机是不经济的。木材、环氧木材、或环氧木纤维合成物目前还没有在转子叶片市场出现，尽管目前在这一领域已经有了发展。钢及铝合金分别存在重量及金属疲劳等问题，他们目前只用在小型风电机上。

风电机齿轮箱

为什么要使用齿轮箱？

风电机转子旋转产生的能量，通过主轴、齿轮箱及高速轴传送到发电机。

为什么要使用齿轮箱？为什么我们不能通过主轴直接驱动发电机？

如果我们使用普通发电机，并使用两个、四个或六个电极直接连接在50赫兹交流三相电网上，我们将不得不使用转速为1000至3000转每分钟的风电机。对于43米转子直径的风电机，这意味着转子末端的速度比声速的两倍还要高。另外一种可能性是建造一个带许多电极的交流发电机。但如果你要将发电机直接连在电网上，你需要使用200个电极的发电机，来获得30转每分钟的转速。另外一个问题是，发电机转子的质量需要与转矩大小成比例。因此直接驱动的发电机会非常重。

更低的转矩，更高的速度

使用齿轮箱，你可以将风电机转子上的较低转速、较高转矩，转换为用于发电机上的较高转速、较低转矩。风电机上的齿轮箱，通常在转子及发电机转速之间具有单一的齿轮比。对于600千瓦或750千瓦机器，齿轮比大约为1比50。

下图显示了用于风电机的1.5兆瓦的齿轮箱。这个齿轮箱有些不同寻常，因为在高速点的两个发电机上安装有法兰。右侧安装在发电机下的橙黄色配件，是液压驱动的紧急盘状刹车。在背景处你可以看到用于1.5MW风电机的机舱的下半部分

风电机偏航装置

风电机偏航装置用于将风电机转子转动到迎风的方向。

偏航误差

当转子不垂直于风向时，风电机存在偏航误差。偏航误差意味着，风中的能量只有很少一部分可以在转子区域流动。如果只发生这种情况，偏航控制将是控制向风电机转子电力输入的极佳方式。但是，转子靠近风源的部分受到的力比其它部分要大。一方面，这意味着转子倾向于自动对着风偏转，逆风或顺风的汽轮机都存在这种情况。另一方面，这意味着叶片在转子每一次转动时，都会沿着受力方向前后弯曲。存在偏航误差的风电机，与沿垂直于风向偏航的风电机相比，将承受更大的疲劳负载。

偏航机构

几乎所有水平轴的风电机都会强迫偏航。即，使用一个带有电动机及齿轮箱的机构来保持风电机对着风偏转。本图显示的是750千瓦风电机上的偏航机构。我们可以看到环绕外沿的偏航轴承，及内部偏航马达及偏航闸的轮子。几乎所有逆风设备的制造商都喜欢在不需要的情况下，停止偏航机构。偏航机构由电子控制器来激发。

电缆扭曲计数器

电缆用来将电流从风电机运载到塔下。但是当风电机偶然沿一个方向偏转太长时间时，电缆将越来越扭曲。因此风电机配备有电缆扭曲计数器，用于提醒操作员应该将电缆解开了。类似于所有风电机上的安全机构，系统具有冗余。风电机还会配备有拉动开关，在电缆扭曲太厉害时被激发。

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复合材料在风力发电中的应用主要是转子叶片、机舱罩和整流罩的制造。相对而言，机舱罩和整流罩的技术门槛较低，生产开发的难度不大。而风力发电机转子叶片则是风力发电机组的关键部件之一，其设计、材料和工艺决定风力发电装置的性能和功率。在风力发电机兴起100多年的历史里，叶片材料经历了木制叶片、布蒙皮叶片、铝合金叶片等。随着联网型风力发电机的出现，风力发电进入高速发展时期，传统材料的叶片在日益大型化的风力发电机上使用时某些性能已达不到要求，于是具有高比强度的复合材料叶片发展起来。现在，几乎所有的商业级叶片均采用复合材料为主体制造，风电叶片已成为复合材料的重要应用领域之一。

采用复合材料叶片主要有以下优点：①轻质高强，刚度好。众所周知复合材料性能具有可设计性，可根据叶片受力特点设计强度与刚度，从而减轻叶片重量；②叶片设计寿命按20年计，则其要经受108周次以上的疲劳交变，因此材料的疲劳性能要好。复合材料缺口敏感性低，内阻尼大，抗震性能好，疲劳强度高；③风力机安装在户外，近年来又大力发展海上风电场，要受到酸、碱、水汽等各种气候环境的影响，复合材料叶片耐候性好，可满足使用要求；④维护方便。复合材料叶片除了每隔若干年在叶片表面进行涂漆等工作外，一般不需要大的维修。2.1复合材料叶片的材料体系

风力发电机叶片是一个复合材料制成的薄壳结构，一般由根部、外壳和加强筋或梁三部分组成，复合材料在整个风电叶片中的重量一般占到90%以上。复合材料叶片发展之初采用的是廉价的玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂体系，直到今天这仍是大部分叶片采用的材料。随着叶片长度的不断增大，这种体系在某些场合已不能满足要求，于是很自然地，性能更优异的增强材料—碳纤维进入了叶片生产者的视野。文献[6,7]探讨了碳纤维的添加对于复合材料叶片的影响。一般认为，22m以下的叶片采用玻璃纤维，而大于42m的叶片则采用碳纤维或碳玻混杂纤维[8]。树脂基体方面，聚酯树脂价格低廉，成型工艺性好，但性能一般，环氧树脂则刚好相反，性能较优但价格较高且工艺操作性不好，所以目前成本和性能等介于二者之间的乙烯基树脂被一些叶片制造商大量采用。

鉴于目前国际上碳纤维价格居高不下，有些人认为在叶片生产中采用碳纤维太过昂贵，不应采用，实际上并非如此，一方面由于叶片长度的增加，其对刚度的要求也更加严格，在更大尺寸叶片的制造上，单纯的玻璃纤维已不能满足要求，碳纤维的刚度大约是玻纤的3倍，制成的复合材料刚度约是玻璃钢的两倍，从这个意义上说碳纤维的引入是必要也是必须的；另一方面，由于叶片尺寸的加大，其质量也越来越巨大，高性能碳纤维的引入可以在很大程度上实现叶片的减重，而随着叶片重量的减轻，旋翼叶壳、传动轴、平台及塔罩等也可以轻量化[9]，从而可整体降低风力发电机组的成本，抵消或部分抵消碳纤维引入带来的成本增加。随着大型、超大型海上风力发电机的制造和陆续投入运行，碳纤维在风电叶片上大规模应用的时代已为时不远。

2.2复合材料叶片的制造工艺

现在的叶片成型工艺一般是先在各专用模具上分别成型叶片蒙皮、主梁及其他部件，然后在主模具上把两个蒙皮、主梁及其它部件胶接组装在一起，合模加压固化后制成整体叶片。具体成型工艺又大致可分为七种[10]：①手糊；②真空导入树脂模塑(VIP)；③树脂传递模塑(RTM)；④西门子树脂浸渍工艺（SCRIMP）；⑤纤维缠绕工艺（FW）；⑥木纤维环氧饱和工艺(WEST)；⑦模压。上述工艺中，①、④、⑤和⑥是开模成型工艺，而②、③和⑦是闭模模塑工艺。

传统的叶片生产一般采用开模工艺，尤其是手糊方式较多，生产过程中会有大量苯乙烯等挥发性有毒气体产生，给操作者和环境带来危害；另一方面，随着叶片尺寸的增加，为保证发电机运行平稳和塔架安全，这就必须保证叶片轻且质量分布均匀。这就促使叶片生产工艺由开模向闭模发展。采用闭模工艺，如现在热门的真空树脂导入模塑法，不但可大幅度降低成型过程中苯乙烯的挥发，而且更容易精确控制树脂含量，从而保证复合材料叶片质量分布的均匀性，并可提高叶片的质量稳定性。 随着叶片尺寸的不断增加,其生产和制造过程中产生了一些在以往的中小型叶片生产中未曾碰到过的新问题。

3.1大型模具问题

大型复合材料叶片的外形尺寸与其制造模具有着极其密切的关系。为保证复合材料叶片设计外形和尺寸精度，叶片长度越长，成型时对模具刚度和强度的要求就越高，模具的重量和成本也会大幅度提高。为减轻模具重量，降低模具成本，大型复合材料叶片的制造模具也逐渐由金属模具向复合材料模具转变，这也意味着叶片可以做得更长。采用复合材料模具主要有以下优点：①为达到最佳气动效果，叶片具有复杂的气动外形，在风轮的不同半径处，叶片的弦长、厚度、扭角和翼型都是不同的，如用金属来制造，要在模具上实现这些变化，其加工难度很高，实现代价高昂，采用复合材料模具可大大降低其工艺难度；②由于模具与叶片采用同质的材料，模具的热膨胀系数与叶片材料基本相同，故制造出的复合材料叶片的精度和尺寸稳定性均优于金属模具制造的叶片产品；③采用复合材料模具亦可大大缩短模具的制作周期，提高生产效率。

3.2真空树脂导入模塑法中的树脂固化时间问题

真空树脂导入模塑法(VIP)在众多叶片成型工艺中的优越性逐渐显现，具有投入少、操作简单、工作环境好、制品性能好等诸多优点，目前在叶片制造领域正获得越来越广泛地应用。传统VIP工艺中，一般先把树脂、促进剂、固化剂等按比例混合好，然后开始真空吸注。只要控制好促进剂和固化剂的用量，这种方法用在一般尺寸的制件上没有问题。但在制造例如叶片等大尺寸复合材料构件时，由于吸胶注胶的时间较长，如控制不好很容易出现树脂未注完即凝胶的现象。另外在用胶量较大时，桶中配好的胶液还可能发生爆聚。为防止此类情况发生，可考虑设计一种树脂和固化剂的混合装置，吸注前树脂和固化剂分别在不同的容器内，吸注时树脂与固化剂实时混合实时吸注，从而可避免爆聚和过快凝胶，即增加了生产安全性，同时也节省了原材料的用量。

3.3叶片的固化问题

在叶片的生产过程中，由于模具尺寸巨大，一般无法采用烘箱等传统的外部加热方式对其进行升温固化，生产一般只是在室温下进行，这就造成叶片固化周期较长，难以进行较连续化的生产。解决办法是叶片在模具上基本成型后即脱模，然后在室外利用光照进行后固化处理。当前很多企业采用的都是这种叶片生产方式，如国内叶片的领军企业中航保定惠腾等。但这种方式也有其先天不足，生产受制于天气并且制品脱模前存在模具中的时间较长，会影响生产效率。为此，可考虑在模具中内置热源，如铺设流体加热管路或电热布等，通过内置热源对模具的加热来实现叶片的快速固化，从而达到不受自然条件制约的、可连续进行的生产。而且，由于光照后固化方式受气候因素制约严重，目前的叶片生产基地多建在光照较充足的北方。采用内置热源的叶片模具后大大放宽了叶片生产对气候的要求，可以谋求在南方建立叶片生产基地，从而在全国构建起更加合理的叶片产业格局。

3.4叶片的长途运输问题

目前，世界上所有风电叶片都是采用整体模具生产的，这种模具尺寸、重量巨大，叶片生产只能在生产基地进行，于是叶片的运输问题便日益突出起来：一方面，出于安全考虑，世界各国铁路、公路管理部门对运载货物的长度、高度等都是有限制的，风力发电机组的叶片和塔架长度在几十米或更长，机舱罩一般在三米或更高，塔架下法兰直径超过三米，这些都属于超限范围；另一方面，我国风电场分布非常广泛，很多位置偏远、交通不便，建造风电场时大型叶片运输成本非常高昂，有些地区甚至根本无法送达。可以说，长途运输问题已经越来越成为制约风电发展的一个瓶颈。在这方面，可以考虑采用组合模具来制造叶片，即把风电叶片成型模具设计成可拆装、易运输的组合模具，通过普通公路或铁路运输把模具、工装、重要部件和原材料运抵大型风电场附近，快速搭建简易工房，在风电场现场进行叶片制造；还有一种思路就是采用组合叶片，即把叶片分成几段来制造，使其尺度在公路运输最大许可范围内，运送到风电场后再进行叶片的组装，但这种构想能否在实践中应用还有待实验验证，目前尚未有这方面的报道。

3.5退役叶片的处理问题

风力发电是可持续的产业之一，但目前使用的复合材料叶片则属于不可回收材料，这已成为复合材料叶片最大的隐忧。采用热固性树脂生产的复合材料叶片，目前的工艺水平难以对其回收再利用，一般的处理仅仅是在露天堆放，随着风电叶片的尺寸越来越大，数量激增，这些叶片退役后给环境造成的影响不可忽视，这与我们目前倡导可持续发展的宗旨也是相违背的。

针对这一问题，目前的发展趋势：是对叶片的增强材料进行改进，如采用生物质材料，即采用木材与树脂复合，通过积层制作叶片。有文献称，目前的分级竹篾层积材料比模量已超过玻纤增强的复合材料，比强度也达到与其相同的数量级，但竹篾积层材料虽减少了树脂用量，仍需要使用热固性树脂，只能治标而不能治本。最彻底的解决方式还是发展可回收利用的热塑性复合材料叶片，这方面的研究目前也取得了一定成果。爱尔兰Gaoth Tec Teo公司、日本三菱重工、美国Cyclics公司签署了合作协议开发热塑性复合材料叶片，并已采用玻璃纤维增强Cyclics公司的低粘度热塑性CBT&reg树脂制造出世界上首个12.6m可循环利用风电叶片。据称，这种叶片退役后，每套叶片回收的材料平均可达到19t，这是一个史无前例的数据。但在更大尺寸叶片的制造上，这种热塑性树脂目前的性能可能还不是很理想。据称，目前上述几家公司正在研制30米以上的叶片。这种“绿色叶片”究竟能否在大型风力发电机上获得广泛应用还有待时间来验证。

3.6其他问题

目前总体上看风力发电的形势一片大好，但也有反对的声音存在，如有的动物保护主义者认为风力发电机会危及一些动物的生存，也有人认为风力发电存在噪声污染并影响景观，另外虽然目前风力发电机以每年3~5%的速度在降价，但我国风力发电的上网电价仍然偏高[14]。应该指出的是，任何一种技术都不是完美无缺的，都可能存在瑕疵。作为一项可惠及子孙的事业，风力发电总体上来说是利大于弊的。在这个问题上，一方面政府需要加大宣传力度，纠正公众对风力发电若干问题的看法；另一方面政府也可考虑在政策上增加对风电的扶持和指导，提高风电的价格竞争力，以实现我国风电事业又好又快的发展。 风力发电的发展依赖于生产制造大量的风力发电机，风力发电机离不开叶片，而制造叶片则需要复合材料产业的支撑。对我国的复合材料产业来说，风力发电是一个难得的机遇。选择最佳的材料体系和制造工艺，制造出质量上乘的复合材料叶片，满足快速发展的风力发电的需求，这是我们追求的目标。目前来看，内置热源的大型复合材料组合模具、改进的真空导入树脂模塑工艺以及可回收利用的热塑性叶片树脂基体等新设想、新工艺可能在今后会发展成为引领风电叶片研究和制造的新热点。