风力发电机的工作原理简单来讲是这样的：风具有动能，也就是空气的动能。这种风的动能会转化为发电机转子的动能，接着，转子的动能又会进一步转化为电能。

风力发电机的工作原理是利用风能这种可再生能源的部分。在 1995 年到 2005 年这段时间里，其年增长率为 28.5％。德国风能会（DEWI）估计，风能发电的年增长率会保持较高水平，在 2012 年或者更早的时候，全球风力发电装机容量有可能达到 150 千兆瓦。

十九世纪末出现了发电用的风力发电机。从二十世纪八十年代开始，这项技术一直在发展，并且逐渐变得成熟，适合在工业中应用。近二三十年来，典型的风力发电机的风轮直径在不断增大，同时其额定功率也在不断提升。

二十世纪 00 年代初，风力发电机最具经济效益的额定输出功率范围是 600 千瓦到 750 千瓦之间，风轮直径在 40 米到 47 米之间。当时所有的制造商都具备生产这类风力发电机的能力。新一代的兆瓦级风力发电机是以这类机种为根基发展起来的。

二零零七年年初，一些制造商开始生产风力发电机。这种风力发电机的额定功率为几兆瓦，风轮直径达到约 90 米，例如 V90 3.0 兆瓦风力发电机、N90 2.5 兆瓦风力发电机等。甚至还有些风力发电机的直径达到 100 米，如 GE 3.6 兆瓦风力发电机。这些大型风力发电机的主要市场是欧洲。在欧洲，适合风电的地段逐渐减少，所以需要迫切安装发电能力尽量高的风力发电机。

一类更大型的专为海上应用而设计的风力发电机，已经完成了设计并且制成了原型机。比如有 RE 公司设计的风力发电机，其风轮直径达到 126 米，功率达到 5 兆瓦。

1) 风 的 功 率

风的能量指的是风所具有的动能。特定质量的空气所具有的动能能够通过以下公式来进行计算。

能 量 = 1/2 X 质 量 X ( 速 度 )^2

特定面积的风所具有的功率能够通过以下公式来进行计算。

功率等于二分之一乘以空气密度再乘以面积，并且等于二分之一乘以空气密度乘以面积乘以速度的三次方。

其 中 ，

功 率 单 位 为 瓦 特 ；

空 气 密 度 单 位 为 千 克 / 立 方 米 ；

面积指的是气流的横截面积，其单位是平方米。

速 度 单 位 为 米 / 秒 。

在海平面高度且摄氏 15 度的情况下，乾空气的密度是 1.225 千克/立方米。空气密度会因为气压和温度而发生改变。随着高度的上升，空气密度会随之下降。

从上述公式中能够看出，风的功率与速度的三次方（立方）呈正比关系，同时也与风轮扫掠面积成正比。然而实际上，风轮只能获取风的能量当中的一部分，并非是全部。

2) 风 力 发 电 机 的 工 作 原 理

现代风力发电机运用空气动力学原理，其原理类似于飞机的机翼。 现代风力发电机依据空气动力学原理，就如同飞机机翼那般。 现代风力发电机凭借空气动力学原理，和飞机机翼的情况相似。风不是推动风轮叶片的。风是吹过叶片，从而形成叶片正反面的压差。这种压差会产生升力。升力使得风轮旋转，并且风轮会不断地横切风流。

风力发电机的风轮不能提取风的全部功率。按照贝茨定律，从理论上来说，风电机能提取的最大功率是风的功率的 59.6%。大多数情况下，风电机能提取的风的功率为 40%或者更少。

风力发电机主要由三部分构成。一部分是风轮，另一部分是机舱，还有一部分是塔杆。大型且与电网接驳的风力发电机，其最常见的结构是横轴式三叶叶片风轮，并且该风轮安装在直立管状的塔杆上。

( 上 图 来 源 ： Wind )

风轮叶片是用复合材料制造的。小型风力发电机的风轮转动速度与大型风力发电机不同，大型风电的风轮转动相当慢。较为简单的风力发电机采用的是固定速度。通常会采用两种不同的速度，在弱风情况下使用低速，在强风情况下使用高速。这些定速风电电机的感应式异步发电机能够直接产生电网频率的交流电。

新型的设计通常是可以变速的。例如，公司的 V52 - 850 千瓦风电电机，其转速能从每分钟 14 转到每分钟 31.4 转。利用变速操作，能够改善风轮的空气动力效率，这样就能提取更多的能量，并且在弱风情况下噪音会更低。所以，相比于定速风机，变速的风机设计越来越受欢迎。

最终使机舱和风轮面向来风。

风轮进行旋转运动。这种旋转运动通过齿轮变速箱传送。如果没有齿轮变速箱，就直接传送到机舱内的发电机。在风电工业中，配有变速箱的风力发电机是很普遍的。不过，有一种专门为风力机设计的多极直接驱动式发电机，它也取得了显著的发展。

变压器设置在塔底（有些设置在机舱内），它可以将发电机的电压提升到配电网电压，在香港的情况是 11 千伏。

风力发电机的功率输出会随着风力发生改变。在强风情况下，常见的两种用于限制功率输出（进而限制风轮所承受压力）的方法是失速调节和倾角调节。使用失速调节的风机，当风速超过额定风速时，强风会使通过叶片的气流产生湍流，从而导致风轮失速。在风力过强的情况下，叶片尾部的制动装置会动作，进而使风轮刹车。使用斜角调节的风机，每片叶片能够围绕纵向轴进行旋转，叶片角度会随着风速的变化而转变，借此来改变风轮的空气动力性能。当风力达到很强的程度时，叶片会转动，使其迎气边缘面向来风，这样就会使风轮刹车。

叶片里嵌入了避雷条。叶片遭到雷击的时候，能够把闪电中的电流引导到地下去。

上图展示了 V52 - 850 千瓦风力发电机机舱内的组成部分

( 来 源 ： )

3) 风 力 发 电 机 的 功 率 曲 线

随着风力越来越强，输出功率会增加。风速达到额定风速时，风电机会输出其额定功率。之后，输出功率会大致保持不变。当风速进一步增加，达到切出风速的时候，风电机会刹车，不再输出功率，以避免受损。

风力发电机的性能能够通过功率曲线来体现。功率曲线是用来展示在切入风速到切出风速这个范围内，风电 机的输出功率的。

上图展示了 V52 - 850 千瓦风力发电机在不同噪音级别下的工作曲线，噪音级别可以通过改变风力发电机的转速来改变。

( 来 源 ： )

选取特定地点合适的风力发电机，通常的方法是利用风力发电机的功率曲线以及该地点的风力资料，以此来进行发电量的估算。（在大型风力发电机 - 资源潜力部分有更多相关资讯）

4) 风 力 发 电 机 的 额 定 输 出 功 率

风力发电机的额定输出功率是根据特定的额定风速来设定的。因为能量与风速的立方成正比，所以风力发电机的功率会随着风速的变化而有很大的改变。

同样构造且风轮直径相同的风电机会配备不同大小的发电机。两座具有同样构造和相同风轮直径的风电机会有相当不同的额定输出功率值。这是因为它的设计会有所不同，有的是配合强风地带而配备较大型的发电机，有的则是配合弱风地带而配备较小型的发电机。

5) 风 力 发 电 机 的 主 要 种 类

横 轴 风 力 发 电 机 和 竖 轴 风 力 发 电 机

根据叶片固定轴的方位，风力发电机可分为两类，分别是横轴和竖轴。横轴式风力发电机工作时，其转轴方向与风向一致。竖轴式风力发电机工作时，其转轴方向与风向成直角。

横轴式风电机会一直需要不停地改变方向，目的是保持与风向一致。竖轴式风电则不需要这样，因为它能够收集不同来向的风能。

横轴式风电电机在世界上居于主导的地位。

逆 风 风 力 发 电 机 和 顺 风 风 力 发 电 机

逆风式电机是一种风轮面向来风的电机，且是横轴式的。对于顺风式电机而言，来风是从风轮的背后吹来的。大多数的风力发电机是逆风式的。

有单叶片的风力发电机、有双叶片的风力发电机以及有三叶 片的风力发电机。

叶片的数目由多种因素所决定。这些因素包括空气动力效率、复杂度、成本、噪音以及美学要求等。大型风力发电机可以由 1 片叶片构成，也可以由 2 片叶片构成，还可以由 3 片叶片构成。

叶片较少的风力发电机通常需要更高的转速来提取风中的能量，所以噪音比较大。如果叶片太多，它们之间会相互作用从而降低系统效率。目前主流的是 3 叶片风机。从美学角度来看，3 叶片的风机在外观上显得较为平衡。从美学角度来看，3 叶片的风机在外观上显得较为美观。

6) 岸 上 风 电 场

岸上风电系统还可以由多台风机方阵排列形成风电场。

风力发电机在风电场中相互之间需要保持足够的距离。这样做是为了避免因造成过强的湍流而相互影响。同时，也是为了避免由于“尾流效应”而严重降低后排风力发电机的功率输出。

需要建设道路，以配合将大型设备（特别是叶片）运送到安装现场。另外还需要建设输电线路，把风电场的输出连接到电网接入点。

7) 世 界 各 地 的 风 力 发 电 装 置

2005 年底时，世界的总风力发电装机容量达到了 58 千兆瓦。德国在以风力发电装机容量来计算的排名中处于前列，西班牙也是如此，美国同样如此，印度亦是如此，丹麦同样位列其中。丹麦的风能发电能提供该国总用电量的 20％。香港的第一台大型风力发电机，是由香港电灯集团在 2005 年末安装在了南丫岛上，并且在 2006 年二月正式启用。 该 机 额 定 输 出 功 率 为 800 千 瓦 。