风力发电机（wind turbines）是一种利用风能将其转化为电能的装置。它通常由风轮、发电机、转子和塔架组成。风轮是最重要的组成部分之一，通常由数个叶片组成，可以根据风的方向和强度转动，产生电能。风力发电机已经成为一种广泛使用的清洁能源技术，因为不会排放任何温室气体和有害物质，也不会对环境造成污染。

风力涡轮机是一种将风能转化为机械能，再转化为电能的设备，也称为风力发电机。具体来说，风能会被风轮转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能，最终通过变压器提高电压和输电线路输送电能。风力发电机的关键部件是风轮，通常由数个叶片组成。当风吹过风轮叶片时，叶片会受到气流作用力而旋转；风轮旋转的动力会被传递给转子，使得转子旋转；转子旋转产生的磁场会穿过线圈，产生电能。其工作原理类似于传统风车，通过风力带动叶轮旋转，从而收集风能，并通过增速机加速叶轮旋转，最终产生电能。

Poul la Cour教授是风力发电研究的先驱者之一，于1891年在丹麦的Askov创建了风力发电研究所，并试用了一台4叶片风力发电机。直到1910年，丹麦才建立了100座容量在5-25千瓦之间的小型直流风力发电站。然而，那时的风力发电技术还不成熟，主要限于小容量的直流发电，存在功率低、依赖风速和噪声大等问题。1931年，世界上第一座中型风力发电机在前苏联的Balaclave建成，其容量为100 kW。随后，丹麦于1957年成功研制了Gedser(盖瑟)风力发电机组，该机组采用了直径为24米的风轮，额定功率为200 kW，是一种三叶片、上风向、定桨距、带有失速调节限制机组的功率、采用电动机械偏航、使用异步发电机的风力发电机组。随着技术的不断发展，风力发电机组的功率也不断提高。1983年，美国波音公司研制的MOD一5b型风力发电机组开始投入运行，其额定功率为3.2 MW，风轮直径达到98米。直到1990年末，世界上已经有多个制造商开始生产兆瓦级别的风力发电机组。随着技术的发展，21世纪的陆地风力发电机组一般采用2MW的容量和60-80米的风轮直径，而近海风力发电机组则通常具备3MW以上的容量。现在，大型变速恒频技术已经成为风力发电的主要发展方向，双馈变速恒频风力机组成为国际市场上的主流机型，而直驱式风力发电机组也越来越受到关注。由定桨距恒速到变桨距变速恒频的发展历程，使得风力发电更加接近实现以最佳方式向电网提供电力的最终目标。

风轮叶片是风力发电机的主要捕风部件，通过在风中旋转来捕获风能。风轮叶片通常由玻璃纤维、碳纤维或其他复合材料制成，以实现高强度和耐用性⁸。叶片的形状和长度会根据风力机的设计和环境条件进行优化。

风力发电机的风轮轴是连接风轮和发电机的关键部件，其主要作用是将风轮旋转的机械能转换为发电机中的电能。

风轮罩是将风轮叶片包裹在内的外壳，其主要作用是减少风轮叶片与环境的摩擦，并保护风轮叶片和轴线不受外界影响。

发电机是将风能转换为电能的核心组件。风力发电机通常使用同步发电机或感应发电机，其结构和工作原理会根据不同类型的发电机有所不同。在同步发电机中，风轮轴与转子相连，转子通过磁力感应产生交流电流；而在感应发电机中，转子通常是一个铝质圆盘，通过风轮轴与叶片相连，并由风力驱动旋转。

风力发电机的塔架是支撑风力发电机和风轮的重要结构，其主要作用是提供足够的高度，以使风轮可以捕捉到高速风能，同时也需要具备足够的强度和稳定性，以抵御风力发电机所受的风力荷载和地震荷载。通常，高度较低的塔架适用于风速较高的环境，而高度较高的塔架则适用于风速较低的环境。塔架通常由钢制成，其结构可以是单支撑式、多支撑式、钻孔式或钢管式等。

控制系统用于监测和控制风力发电机的运行状态，以确保其在不同环境下的安全性和效率。控制系统通常包括传感器、控制器、保护设备等。

逆变器用于将风力发电机的直流电转换为交流电，并将其输出到电网上。逆变器还可以控制风力发电机的输出功率，以确保其稳定运行和输出电能的品质。

水平轴风力发电机主要由塔架、 风轮、机舱以及控制系统等部件构成。水平轴风力发电机塔架是风力发电机的安装支撑，一般由混凝土结构、钢架结构、圆锥钢管焊接并组装而成；风轮是风力发电机组接收风能的部件，一般由轮毂和2到3个叶片所组成；机舱是风力发电机组主要控制、传动、发电的部分，由制动器、联轴器、增速器、调速装置和发电机等构成。水平轴风力发电机控制系统要完成自动启动、停机、手自动无扰动切换、最佳叶尖速比控制、机舱扭缆、自动偏航、脱网关机、自动解缆控制、风电机组自动除湿、加热、冷却控制、液压驱动、逆功率自动停机控制等功能。

垂直轴风力发电机是一种风力发电机的类型，它与传统的水平轴风力发电机不同，其主要特点是旋转轴垂直于地面，风轮旋转平面与风向平行。¹⁵相对于水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机在结构设计和风能利用方面具有一定的优势，比如垂直轴风力机的主要优势在于不需要偏航系统，设计得到显著。相对于水平轴风力发电机具有更广泛的风向接受能力和更低的风速启动能力，特别适合于城市和乡村的道路两旁边、建筑物楼(房) 顶等。

大型风力发电机主要组成部分有 ：变速箱、叶片、主轴、 发电机、控制系统以及塔架等部分组成。控制系统是风力发电机组的最为核心的一部分部分，它的作用就是保证风力发电机组可以安全可靠地运行。变速箱主要由箱体、行星轮系和变速箱机构三部分组成。变速箱机身加工，变速箱属于大型箱体，而且根据不同的发电量来区分，很多都为分裂结构。叶片的材料和形状会影响发电机的效率和性能，一般采用玻璃纤维增强塑料或碳纤维等复合材料。

小型风力发电机是指产生较小电能的风力发电机，通常适用于一些轻负载的应用场景，例如家庭、农村、工业园区、遥远地区等，用于为这些场所提供部分电力需求。小型风力发电机具有成本较低、易于维护等优点，但发电效率相对较低。

风力发电机可以安装在城市的高层建筑、桥梁、高速公路、市政设施等地方，为城市提供清洁、可再生的电力。

风力发电机可以安装在农村地区的小型发电站、村庄等地方，为农村地区提供清洁、可再生的电力，解决电力供应不足的问题。

风力发电机可以安装在海上，利用海上风能为海岸线和岛屿提供电力。海上风电是一种具有广阔前景的新兴产业。

风力发电机可以安装在山区的高山、丘陵、山脊等地方，为山区地区提供清洁、可再生的电力，解决电力供应不足的问题。

随着风电行业的发展，单机容量的增加可以更好地适应风电场建设的需求，提高风电场的规模化水平，减少建设占地面积，提高发电效率，降低成本。另外，增大单机容量还可以提高风力发电机的运行稳定性和可靠性，降低维护成本，促进风力发电技术的发展。在实际应用中，应根据不同区域的风力资源和用电需求合理增加单机容量，同时考虑风力发电机的接受范围和特殊需求。

海上风电是未来风电发展的重要方向。相比陆上风电，海上风电具有风能资源更加充沛，风速更稳定、更大、更持久的优势，能够提高风力发电机的发电量。同时，由于海上风电不受地形和人口分布的影响，可以更好地避免对环境和生态的影响。

风力发电机的不稳定性是其发电效率的一个瓶颈，因为风力资源的不可预测性和波动性可能会导致风力发电机产生不稳定的输出功率。因此，储能技术对风力发电机的发展具有重要意义，能够充分利用电力资源，避免高负荷运转。主要使用蓄电池等储能系统，可通过增大容量来提高利用效率。

未来风力发电将会更多地与其他清洁能源相结合，构建智慧能源系统。例如，智能微电网将风力发电机、太阳能电池板、电池储能和能源管理系统相结合，实现能源的高效利用和管理。同时，将风力发电机、储能设备和智能控制系统相结合，可以实现对风力发电机组的智能监测和控制，提高发电效率和可靠性。

未来风力发电机将越来越注重环保。风力发电机的材料和制造工艺将更加环保，减少对环境的污染。