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科普知识!风力发电机叶片转那么慢,它是怎么发电的?

      风力发电机是将风能转换为机械功,机械功带动转子旋转,最终输出交流电的电力设备。媒体曾报道过位于丹麦的V164,高达220米,上面安装有3个巨型叶片,每个叶片长达80米。它一天24小时能发电26万度,足够满足数百户家庭1个月的用电量。关于这个发电量,相信有许多人有疑问:风机叶片转得这么慢能发电吗?发电量有那么多吗?

       其实,风机叶片转速慢的原因跟叶片自身的重量以及风速有很大关系。越大型的风机,叶片越长,重量越大,转得越慢。1.5兆瓦风机叶片重约6吨,是0.75兆瓦风机叶片的1.8倍,每分钟才转18圈,只有0.75兆瓦风机转速的3/4;风机叶片的转速跟风速也有很大关系,风速越快,风机转得越快。1.5兆瓦风机在风速达到3米/秒时,就可以通过转动齿轮提高转速,从而带动发电机发电。

      那么,风机叶片转速能不能随着风速的增加而无限增大呢?答案是否定的。当风速超过风机限定速度时,风机就要停止工作。因为如果叶轮转速过快,离心率大大增强,惯性趋势会打破风机自身的平衡,叶片就容易折断。因此,每种型号的风机都有最大转速。当风速过快时,就需要后台操作电脑,停止运行风机,减少自身惯性带来的破坏和磨损。扇叶转动慢能更有效保护风机不受伤害。事实上,风机发电量不取决于叶片旋转的快慢。在叶片恒定转速的情况下,叶片受力增加,功率就会增加。风机的叶片越大,功率越大,相应发电量就越多。

       来看看风力发电的种类。尽管风力发电机多种多样,但归纳起来可分为两类:1、水平轴风力发电机,风轮的旋转轴与风向平行;2、垂直轴风力发电机,风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。

       水平轴风力发电机分为升力型和阻力型两类。升力型风力发电机旋转速度快,阻力型旋转速度慢。对于风力发电,多采用升力型水平轴风力发电机。大多数水平轴风力发电机具有对风装置,能随风向改变而转动。对于小型风力发电机,这种对风装置采用尾舵,而对于大型的风力发电机,则利用风向传感元件以及伺服电机组成的传动机构。风力机的风轮在塔架前面的称为上风向风力机,风轮在塔架后面的则成为下风向风机。水平轴风力发电机的式样很多,有的具有反转叶片的风轮,有的再一个塔架上安装多个风轮,以便在输出功率一定的条件下减少塔架的成本,还有的水平轴风力发电机在风轮周围产生漩涡,集中气流,增加气流速度。

       垂直轴风力发电机。垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风,在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势,它不仅使结构设计简化,而且也减少了风轮对风时的陀螺力。利用阻力旋转的垂直轴风力发电机有几种类型,其中有利用平板和被子做成的风轮,这是一种纯阻力装置;S型风车,具有部分升力,但主要还是阻力装置。这些装置有较大的启动力矩,但尖速比低,在风轮尺寸、重量和成本一定的情况下,提供的功率输出低。

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