风力发电机及电能转换设备的发展使这种绿色能源成为了主流。
一架从芝加哥飞往波士顿的航班掠过伊利湖北岸。坐在机舱左侧的乘客向下望去，能够清楚地看到一排排高耸的白色风力发电机屹立在农田之中，断断续续地转动着。这些装置为当地居民提供所需要的电力，却不消耗煤炭或石油，也不带来任何的温室气体。
由于当今世界电力资源匮乏，人们在寻找所需能源的同时，还对碳元素的排放十分关注，因此风能正变得越来越有吸引力。风能是一种可再生能源，但是它在使用上有什么限制，风力发电机又是如何转换电能的呢？
风能的潜力
风力发电在整个美国南部地区都有广泛的发展潜力，但许多人还只是把它视作加利福尼亚州的局部现象。事实上，南达科他州在获得风能方面潜力最大，得克萨斯州则拥有世界上最大风力电厂。在各大州风力发电潜能排行榜上，加利福尼亚的排名其实比较靠后，大草原地区才是最大的潜在资源。
风力发电正呈现稳步发展的势头，尽管目前在全美总发电量中只占据一小部分。2006年，风力发电的总发电量为11,600MW。但据美国风力协会（AWEA）估计，到了2007年，将会有3,000MW的增量，而且之后将会呈现加速增长的势
目前，阻碍风力发电高速发展的最大障碍是发电设备产量不足。由于政府在可再生能源的政策方面举棋不定，风力发电机制造厂家不愿意随便提高产量。AWEA的执行总监Randall Swisher说道：“我们看到许多风力电厂正在新建，风力发电机生产商获得了一些令人振奋的投资。但这些与我们对风能的需求相比较，仅仅是冰山一角罢了。目前的当务之急是美国政府必须出台一套完整的、长期的能源生产扣税制度以及一部国家可再生能源行业标准，使得我们可以更好地利用可再生能源发电。这样的政策势必会为国家急需的可再生能源供应提供良好支持。”
各种尺寸的风力发电机有着相同的基本结构，包括了可调整的支柱、转向控制器、加速齿轮盒以及发电机组。
本月，西门子公司计划让位于衣阿华州Fort Madison市的工厂满负荷生产新型的风力发电机叶片，以此作为扩大发电设备生产量的一项举措。这家工厂正在为35台新型的装机容量为2.3MW的风力发电机生产叶片。这批风力发电机将被安装在得克萨斯州（TX）Abilence市附近的Sweetwater 风力电站。这些叶片单个长度达到48英尺，单个重量达到了12吨。新的平台计划雇佣400名员工。
得克萨斯州目前拥有装机容量超过3000MW的风力发电设备，包括了全美最大5个的风力电站中的3个，在风能利用上居于全美领先地位。与之相反，加利福尼亚州在风力发电方面的潜能并不大，可以被利用的发电量仅为2376MW。而依阿华州、明尼苏达州和华盛顿州的风力发电资源在全美各大州中是排名前五的。
在纽约的Lackawanna地区有一项引人注目的风力发电设备安装项目，8台崭新的风力发电机从一片焦土上拔地而起，这里原来是一家Bethlehem钢铁厂。这一地区之前由于工业废弃物污染严重而被荒废且疾病滋生。风力发电项目给它带来了新生。如今，风力发电机（每日）为当地社区提供20MW的电能。东北地区也有类似的项目。在这些地方，风力电站取代了原有的采矿场或污水处理厂。
运行上的考虑
风力发电机的一个明显缺陷是，只有当风速保持在一定的范围内，它才能正常运转。因此，它们的发电能力会随天气条件变化。风力发电机靠风力传感器感应出风向和风速，从而保持良好的工作效率。这种传感器可以安装在单个风力发电机上，也可以安装在一片风力电站的中央。风力发电机可以以支撑柱（转向控制器）为中心转动以达到最佳的迎风角度，也可以通过调整叶片的倾斜度达到特定的转动速率和扭矩。这些功能可以通过风力发电机内部的机械装置或水压装置实现。
如果某台风力发电机由于风速不足而停转，一旦风速重新达到9mph（4m/s）左右时，它将会通过一组启动程序恢复工作。风力发电机的叶片先翻转到0度，然后开始转动。这时，一台速度调整期会调整叶片的转速，使发电机以大约900rpm的预设速度转动。一旦达到这一转速，控制系统就会切断电能转换器及发电机，从而将输出电流过大问题降到最低。
速度调整器能够平衡转叶的速度与电量的输出。由于发电机的输出功率要求相对恒定，控制系统通过微调叶片的倾角实现对风速变化的补偿。当风力发电机工作时，这种微调是连续进行的，从而保证叶片扭矩接近恒定值。
如果由于某个机械故障或是风速过快等原因要让风力发电机停止工作，可以采用反向翻转叶片倾角和机械制动相结合的手段。众所周知，如果某个大质量物体具有很大的动量，它不可能在短时间内停止运动。然而，风力发电机在紧急情 况下的制动仅需要几秒钟时间。当风速过快时，叶片可以安全地停留在某个位置。
风力发电机的有效安装地点通常在偏远地区，那里没有什么遮挡。
位置和尺寸
如果一台风力发电机被安装在合适的地方，它将会在60%到80%的时间内处于运转状态。如果风力发电机的大小也合适，它将会在至少10%的时间内处于满负荷运转状态。这样算来，虽然任何地方的风力发电机在某一时刻都可能实现满负荷发电，但是一台利用率高的风力发电机在一天内只会产生出相当于理论上最大发电量30%到35%的电量。
如果要计算发电水平，扳起手指算一算，发电站的恒定发电量仅仅相当于装机容量的20%。换句话说，一家装机容量为10MW的风力电站，其实际发电量为2MW。有些人会认为这一发电水平很低，但它却真实反映了成本、效率及发电量之间的平衡关系。风力发电机的叶片尺寸和发电量与某个地区的风力情况关系最为密切，是设计时的两个主要参数。
风力发电机的输出受周边环境的影响，其自身只能通过转向控制器和叶片倾斜度调整器来优化输出。这就为多台风力发电机的统一控制和电能输出带来了特别的挑战。一家为某地区提供电能的风力电站功能等同与一家火力发电站或一
复杂的控制要求
由于风力发电机的输出在不断变化，若要把风力电站与传统发电平台整合，势必需要一套复杂的控制系统。美国能源监控委员会（FERC）负责调整发电设备，以保证在风力发电机在已有的平台上工作不会发生冲突或者对某一地区的供电带来影响。
当风力减弱时，风力发电机会减速或停止运行。这时，传统型的控制系统只会把风力发电机设置为离线状态。当风力发电机重新运转时，必须通过人工手段让它们重回在线工作状态。2008年FERC会发布新的控制系统，届时会对这类低电压或无电压输出的情况给出处理方案。控制套件会让风力发电机在这段时期内保持在线状态，并且当输出电量增加后自动恢复供电。
风力电站能够在负载不断变化或比较高的时候起到稳定电压输出的作用。它们配备了控制装置，即使不能动态输出能量，也可以静态输出能量，从而保持系统工作。这样，风力电站就具备了在周围环境不断变化的情况下输出恒定电压的能力。而诸如火力电站、核电站之类采用传统技术的电站不具备这样的功能。
风力电站具备了这种功能，其作用已经不仅限于简单的发电，而是可以作为为某地区供电的关键保障。GE Energy公司负责可再生能源项目的副总裁Victor Abater说道：“具备了静态电能输出以及电压控制功能的风力发电机和风力电站能够为某些敏感系统提供稳定的电压。把这项功能扩展到无能量输出的情况下，能够得到传统发电设备无法带来的好处。”
如今，风力电站所处的位置越发偏僻，这给电力输送带来了挑战。一个极端的例子是，北海某处，距离德国海岸线60英里（100km）的地方正在新建一座海上风力电站。这座风力电站的装机容量为400MW，建成后将是规模最大的海上电站，当然也是离岸最遥远的。这一项目将会采用ABB公司的HVDC（高压直流）光传送技术，从而能够在陆地上对设备进行严格控制。由于风力发电机的输出是无法预测的，运用这项技术显得十分关键。ABB公司Power Systems部门主管Peter Leupp说道：“利用可再生能源发电将会受到周围环境和传输距离的严峻挑战。”
问题不在于此
风力电厂被许多人认为是一种无形的东西，不可能达到预期的效果。典型的观念有：
■ 它们是伪装的。虽然制造商竭尽所能提高发电效率，但有些人的脑子里还是这是存在这种主观错误。试想，一台高度相当于30层楼房的设备怎么能够被伪装呢？
■ 它们会发出很大噪声。不错，风力发电机运转时是会发出轻微的哗哗声，但是你能听到的声音的大小与你站在机器的哪一边有关。其实，风力发电机发出的声音是十分轻的，只有站在附近的人才能听见。
■ 它们是鸟类和蝙蝠“杀手”。美国国家科学院的一份调查显示，鸟类死于杀虫剂或是与汽车及建筑物发生撞击的可能性比死于风力发电机上的几率更高。甚至连Audubon Society（一个爱鸟人士的社区）都认可了风力发电机。
有这样一个案例反映了问题所在：Control Engineering 编辑部附近的Hannover Park,IL市政当局正在审议一项在一所初级中学校园内增设一台发电量为1.6MW的风力发电机的议案。风力发电机在工作年限内产生的电能可以为学校节省下大约8,000,000美元的资金。但是，社区里有些人反对这么做。在他们的想象中，这样做就是要在社区里架设一台250英尺高的庞然大物。这份提案最终可能会在法庭上得到裁决。
另一方面，有些人倒是对风力发电机持欢迎态度。农民不仅可以在风力发电机下的农田里种 植庄稼，还可以得到每年每千瓦发电量3,000美元的使用权费。这样势必给农村社区带来双重利益。
翻译：翁思健
