風(fēng)能發(fā)電，葉片幾乎轉(zhuǎn)速很慢，又是如何發(fā)電的
更新時(shí)間：2021-05-01
為什么非傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)施的葉子轉(zhuǎn)得那么慢還可以發(fā)電？他是怎么發(fā)電的呢？風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。七十年代初期，由于石油危機(jī)出現(xiàn)了能源緊張的問題，人們認(rèn)識到常規(guī)礦物能源供應(yīng)的不穩(wěn)定性和有限性，于是尋求清潔的可再生能源，于是成為現(xiàn)代世界的一個(gè)重要課題。風(fēng)能作為可再生的無污染的自然能源，又重新引起了人們重視。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理也比較簡單，是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再通過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約是每秒三公尺的微風(fēng)速度便可以開始發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電在芬蘭、丹麥等國家很流行，我國也在西部地區(qū)大力提倡，小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)效率很高，但它不是只有一個(gè)發(fā)電機(jī)頭組成的，而是一個(gè)有一定科技含量的小系統(tǒng)，
風(fēng)力發(fā)電機(jī)加充電器加數(shù)字逆變器，風(fēng)力發(fā)電機(jī)由機(jī)頭、轉(zhuǎn)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(fēng)力并通過機(jī)頭轉(zhuǎn)為電能，尾翼使葉片始終對著來風(fēng)的方向從而獲得最大的風(fēng)能。轉(zhuǎn)體能夠使機(jī)頭靈活的轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)尾翼調(diào)整方向的功能，機(jī)頭的轉(zhuǎn)子是永磁體，定子繞組切割磁力線產(chǎn)生電能，關(guān)于發(fā)電量，好多人都有疑問，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)得這么慢，能夠發(fā)電嗎？發(fā)電量真的有那么多嗎？
其實(shí)風(fēng)機(jī)葉片轉(zhuǎn)速慢的原因很簡單，這跟自身的重量以及風(fēng)速有很大關(guān)系越大，越大型的風(fēng)機(jī)葉片越長，重量越大，轉(zhuǎn)得越慢，一點(diǎn)五兆瓦風(fēng)機(jī)葉片重約六噸，是零點(diǎn)七五兆瓦風(fēng)機(jī)葉片的一點(diǎn)八倍，但每一分鐘才轉(zhuǎn)十八圈，只有零點(diǎn)七五兆瓦風(fēng)機(jī)的四分之三，到風(fēng)速越快風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)得越快。
一點(diǎn)五兆瓦風(fēng)機(jī)在風(fēng)速達(dá)到每秒三米時(shí)，就可以通過轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪提高轉(zhuǎn)速，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。那么風(fēng)機(jī)葉片轉(zhuǎn)速能不能夠隨著風(fēng)速的增加而無限增大呢？當(dāng)風(fēng)速超過風(fēng)力限定速度時(shí)，風(fēng)機(jī)就要停止工作，因?yàn)槿绻D(zhuǎn)速過快，離心率大大增強(qiáng)，慣性趨勢會(huì)打破攻擊自身的平衡，葉片就容易折斷。因此每種型號的風(fēng)機(jī)都有最大轉(zhuǎn)速，風(fēng)速過快時(shí)，后臺(tái)的限速裝置就會(huì)停止運(yùn)行風(fēng)機(jī)，減少自身慣性帶來的破壞和磨損。所以扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)慢，能夠更有效地保護(hù)飛機(jī)不受傷害。
與此同時(shí)，風(fēng)機(jī)發(fā)電量也不取決于葉片旋轉(zhuǎn)的快慢，在葉片恒定轉(zhuǎn)速的情況下，葉片受力增加，功率就會(huì)增加。風(fēng)機(jī)的葉片越大功率越大，相應(yīng)發(fā)電量就越多，比如一點(diǎn)五兆瓦風(fēng)機(jī)在滿功率發(fā)電的情況下，一小時(shí)能夠發(fā)一千五百度電，以一個(gè)三口之家在夏季高峰期平均每天用三十度電計(jì)算，差不多能夠用五十天。
還記得小時(shí)候做的風(fēng)車都是四片葉子或者更多的子，那為什么大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電裝置是三片葉子呢？力發(fā)電機(jī)的葉片非常像飛機(jī)的翅膀，背部要比以前當(dāng)彎曲，由此形成的積壓差，使得葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。理論上來說好像葉片越多產(chǎn)生的力量越大。然而實(shí)際上更多的葉片也意味著更大的重量和更多的花費(fèi)。以四葉風(fēng)力發(fā)電機(jī)來說，增加一片葉子，將耗費(fèi)大量的金錢而能夠增加的能量卻有限。
另外中空氣動(dòng)力學(xué)的角度來說，葉片越多意味著扭力越大，那么在相同風(fēng)速下轉(zhuǎn)動(dòng)速度就越慢。毫無疑問將風(fēng)能更多地轉(zhuǎn)化為電能，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速越快越好。因此似乎葉片越少風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的效率就越高。從這個(gè)角度而言，單頁的風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以似乎達(dá)到發(fā)電的最大效率，但是在同樣風(fēng)速下，單葉風(fēng)力發(fā)電機(jī)的飛速旋轉(zhuǎn)將帶來巨大的噪音，并且將使組件磨損得更快，對于兩片葉子的風(fēng)力發(fā)電接來說也同樣如此。另外在葉片處于水平方向時(shí)，陀螺效應(yīng)會(huì)使得兩片葉子的風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生巨大的震顫效果，從而對撕裂渦輪或造成磨損。最后從審美上看三片葉子的渦輪風(fēng)力發(fā)電機(jī)也是看上去最令人舒服的設(shè)計(jì)。因此三葉風(fēng)力發(fā)電機(jī)是能夠最小化震顫效應(yīng)，同時(shí)兼顧耐久性、經(jīng)濟(jì)性以及美觀度的設(shè)計(jì)。
根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸的不同，風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要分為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)兩類。目前市場上水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)占主流位置，水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)科分為升力型和阻力型兩類，升力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度快，阻立型旋轉(zhuǎn)速度慢，對于風(fēng)力發(fā)電來說，多采用升力型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
大多數(shù)水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有對風(fēng)裝置能夠隨風(fēng)向改變而轉(zhuǎn)動(dòng)，對于小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)這種對風(fēng)裝置采用尾舵。而對于大型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，則利用風(fēng)向傳感元件以及伺服電機(jī)組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)向改變的時(shí)候無需對風(fēng)，在這點(diǎn)上相對于水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一大優(yōu)勢。它不僅使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡化，而且減少了風(fēng)輪對風(fēng)時(shí)的陀螺力。
利用阻力旋轉(zhuǎn)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)有幾種類型，其中有利用平板和被子做成的風(fēng)輪，這是一種純阻力裝置。S型風(fēng)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(dòng)力矩，但尖速比低，在風(fēng)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(xiàn)在風(fēng)力發(fā)電存在這些一定的缺陷，現(xiàn)今很多國家也都在研究各種新式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，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。那大家比較傾向于哪款風(fēng)力發(fā)電機(jī)呢？