風力發電機幾乎都不怎麼轉動,它是怎麼實現發電的呢?

2020-12-16 小菜雞說實事

為什麼非傳統的風力發電設施的葉子轉得那麼慢還可以發電?他是怎麼發電的呢?風力發電機是將風能轉化為電能的裝置。七十年代初期,由於石油危機出現了能源緊張的問題,人們認識到常規礦物能源供應的不穩定性和有限性,於是尋求清潔的可再生能源,於是成為現代世界的一個重要課題。風能作為可再生的無汙染的自然能源,又重新引起了人們重視。

風力發電機的原理也比較簡單,是利用風力帶動風車葉片旋轉,再通過增速機將旋轉的速度提升,來促使發電機發電。依據目前的風車技術,大約是每秒三公尺的微風速度便可以開始發電。風力發電在芬蘭、丹麥等國家很流行,我國也在西部地區大力提倡,小型風力發電系統效率很高,但它不是只有一個發電機頭組成的,而是一個有一定科技含量的小系統,

風力發電機加充電器加數字逆變器,風力發電機由機頭、轉體、尾翼、葉片組成,每一部分都很重要,各部分功能為葉片用來接受風力並通過機頭轉為電能,尾翼使葉片始終對著來風的方向從而獲得最大的風能。轉體能夠使機頭靈活的轉動,以實現尾翼調整方向的功能,機頭的轉子是永磁體,定子繞組切割磁力線產生電能,關於發電量,好多人都有疑問,風機轉得這麼慢,能夠發電嗎?發電量真的有那麼多嗎?

其實風機葉片轉速慢的原因很簡單,這跟自身的重量以及風速有很大關係越大,越大型的風機葉片越長,重量越大,轉得越慢,一點五兆瓦風機葉片重約六噸,是零點七五兆瓦風機葉片的一點八倍,但每一分鐘才轉十八圈,只有零點七五兆瓦風機的四分之三,到風速越快風機轉得越快。

一點五兆瓦風機在風速達到每秒三米時,就可以通過轉動齒輪提高轉速,從而帶動發電機發電。那麼風機葉片轉速能不能夠隨著風速的增加而無限增大呢?當風速超過風力限定速度時,風機就要停止工作,因為如果轉速過快,離心率大大增強,慣性趨勢會打破攻擊自身的平衡,葉片就容易折斷。因此每種型號的風機都有最大轉速,風速過快時,後臺的限速裝置就會停止運行風機,減少自身慣性帶來的破壞和磨損。所以扇葉轉動慢,能夠更有效地保護飛機不受傷害。

與此同時,風機發電量也不取決於葉片旋轉的快慢,在葉片恆定轉速的情況下,葉片受力增加,功率就會增加。風機的葉片越大功率越大,相應發電量就越多,比如一點五兆瓦風機在滿功率發電的情況下,一小時能夠發一千五百度電,以一個三口之家在夏季高峰期平均每天用三十度電計算,差不多能夠用五十天。

還記得小時候做的風車都是四片葉子或者更多的子,那為什麼大多數風力發電裝置是三片葉子呢?力發電機的葉片非常像飛機的翅膀,背部要比以前當彎曲,由此形成的積壓差,使得葉片轉動,從而將風能轉化為電能。理論上來說好像葉片越多產生的力量越大。然而實際上更多的葉片也意味著更大的重量和更多的花費。以四葉風力發電機來說,增加一片葉子,將耗費大量的金錢而能夠增加的能量卻有限。

另外中空氣動力學的角度來說,葉片越多意味著扭力越大,那麼在相同風速下轉動速度就越慢。毫無疑問將風能更多地轉化為電能,風力發電機的轉速越快越好。因此似乎葉片越少風力發動機的效率就越高。從這個角度而言,單頁的風力發電機可以似乎達到發電的最大效率,但是在同樣風速下,單葉風力發電機的飛速旋轉將帶來巨大的噪音,並且將使組件磨損得更快,對於兩片葉子的風力發電接來說也同樣如此。另外在葉片處於水平方向時,陀螺效應會使得兩片葉子的風力發電機產生巨大的震顫效果,從而對撕裂渦輪或造成磨損。最後從審美上看三片葉子的渦輪風力發電機也是看上去最令人舒服的設計。因此三葉風力發電機是能夠最小化震顫效應,同時兼顧耐久性、經濟性以及美觀度的設計。

根據旋轉軸的不同,風力發電機主要分為水平軸風力發電機和垂直軸風力發電機兩類。目前市場上水平軸風力發電機佔主流位置,水平軸風力發電機科分為升力型和阻力型兩類,升力型風力發電機旋轉速度快,阻立型旋轉速度慢,對於風力發電來說,多採用升力型水平軸風力發電機。

大多數水平軸風力發電機具有對風裝置能夠隨風向改變而轉動,對於小型風力發電機這種對風裝置採用尾舵。而對於大型的風力發電機,則利用風向傳感元件以及伺服電機組成的傳動機構,垂直軸風力發電機在風向改變的時候無需對風,在這點上相對於水平軸風力發電機是一大優勢。它不僅使結構設計簡化,而且減少了風輪對風時的陀螺力。

利用阻力旋轉的垂直軸風力發電機有幾種類型,其中有利用平板和被子做成的風輪,這是一種純阻力裝置。S型風車具有部分升力,但主要還是阻力裝置,這些裝置有較大的起動力矩,但尖速比低,在風輪尺寸,重量和成本一定的情況下提供的功率輸出低。雖然現在風力發電存在這些一定的缺陷,現今很多國家也都在研究各種新式風力發電機,力圖精益求精,克服種種缺陷。但他仍然是目前最有前景的綠色能源。那大家比較傾向於哪款風力發電機呢?

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