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风力发电的科学原理是什么

作者:博马会官方网站    发布时间:2021-01-05 12:01    

  风力发电是现在人们熟悉的发电方式,然而大部分单位人都不知道风力发电的一些原理。下面为您精心推荐了风力发电的科学原理,希望对您有所帮助。

  产生风能的源泉是太阳。地球各处的空气因受太阳光照射,因为热情况不同而发生流动,便形成了风。风看似来无影去无踪,其中却蕴藏着自然界取之不尽的一种能源。专家估计,地球上可以被利用的风力资源如果全用来发电的话,比地球上利用的水电要大10倍。风能分布广,可说是一种清洁能源。不过,风能的利用也有一点制约,比如它的能量密度比较低,又很不稳定,要充分利用它需要比较复杂的技术。

  从原理上说很容易理解,就是把电风扇原理“逆反”过来。电风扇通电后,电机开始转动,带动扇叶转动产生“人造风”;风力发电正相反,是利用风吹动叶片驱动发电机来发电。也就是说,电风扇是使电能转化成风能,而风力发电机则是使风能转变成电能。

  风力发电的关键设备是风力发电机。通常,风力发电机由风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件组成。风轮的作用是捕捉风,将风能变为机械能。它由气动性能优异的叶片装在轮毂上组成,叶片有单叶、双叶、三叶和多叶等形式,用得较多的为三叶式。

  我们把风的动能转变成机械能,再把机械能转化为电能,这就是风力发电。风力发电所需要的装置,称作风力发电机组。这种风力发电机组,大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。

  风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件,它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时,桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻,目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。

  由于风轮的转速比较低,而且风力的大小和方向经常变化着,这又使转速不稳定;所以,在带动发电机之前,还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱,再加一个调速机构使转速保持稳定,然后再联接到发电机上。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率,还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。

  铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。它一般修建得比较高,为的是获得较大的和较均匀的风力,又要有足够的强度。铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况,以及风轮的直径大小而定,一般在6-20米范围内。

  发电机的`作用,是把由风轮得到的恒定转速,通过升速传递给发电机构均匀运转,因而把机械能转变为电能。

  一般说来,3级风就有利用的价值。但从经济合理的角度出发,风速大于每秒4米才适宜于发电。据测定,一台55千瓦的风力发电机组,当风速每秒为9.5米时,机组的输出功率为55千瓦;当风速每秒8米时,功率为38千瓦;风速每秒为6米时,只有16千瓦;而风速为每秒5米时,仅为9.5千瓦。可见风力愈大,经济效益也愈大。

  我国的风力资源极为丰富,绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上,特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿,平均风速更大;有的地方,一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区,发展风力发电是很有前途的。

  风是没有公害的能源之一。而且它取之不尽,用之不竭。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带,因地制宜地利用风力发电,非常适合,大有可为。


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