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風力(風能)發(fā)電的原理

更新時間:2012-11-07 點擊量:1560

風能是一種有很大潛力的新能源,越來越多的國家重視利用風力發(fā)電,開發(fā)新能源,像丹麥、瑞典、蘇聯、美國等等,越來越多的風力發(fā)電裝置投入運行。風能是清潔能源之一,取之不盡用之不竭,風力發(fā)電前景光明。那么,究竟是怎樣把風能轉化為電能,供人們使用的呢?風力發(fā)電的原理是什么?

    我們把風的動能轉變成機械能,再把機械能轉化為電能,這就是風力發(fā)電。風力發(fā)電的原理,是利用風力帶動風車葉片旋轉,再透過增速機將旋轉的速度提升,來促使發(fā)電機發(fā)電。風力發(fā)電所需要的裝置,稱作風力發(fā)電機組。這種風力發(fā)電機組,大體上可分風輪(包括尾舵)、發(fā)電機和鐵塔三部分。(大型風力發(fā)電站基本上沒有尾舵,一般只有小型(包括家用型)才會擁有尾舵)。

    風輪是把風的動能轉變?yōu)闄C械能的重要部件,它由兩只(或更多只)螺旋槳形的葉輪組成。當風吹向槳葉時,槳葉上產生氣動力驅動風輪轉動。槳葉的材料要求強度高、重量輕,目前多用玻璃鋼或其它復合材料(如碳纖維)來制造。

    由于風輪的轉速比較低,而且風力的大小和方向經常變化,這使轉速不穩(wěn)定;所以,在帶動發(fā)電機之前,還必須附加一個把轉速提高到發(fā)電機額定轉速的齒輪變速箱,再加一個調速機構使轉速保持穩(wěn)定,然后再聯接到發(fā)電機上。為保持風輪始終對準風向以獲得zui大的功率,還需在風輪的后面裝一個類似風向標的尾舵。

    鐵塔是支承風輪、尾舵和發(fā)電機的構架。它一般修建得比較高,為的是獲得較大的和較均勻的風力,又要有足夠的強度。鐵塔高度視地面障礙物對風速影響的情況,以及風輪的直徑大小而定,一般在6-20米范圍內。

    發(fā)電機的作用,是把由風輪得到的恒定轉速,通過升速傳遞給發(fā)電機構均勻運轉,因而把機械能轉變?yōu)殡娔堋?/p>

那么,多大的風力才可以發(fā)電呢?

    一般說來,3級風就有利用的價值。但從經濟合理的角度出發(fā),風速大于每秒4米才適宜于發(fā)電。據測定,一臺55千瓦的風力發(fā)電機組,當風速每秒為9.5米時,機組的輸出功率為55千瓦;當風速每秒8米時,功率為38千瓦;風速每秒為6米時,只有16千瓦;而風速為每秒5米時,僅為9.5千瓦。可見風力愈大,經濟效益也愈大。

    風力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮,為風力發(fā)電沒有燃料問題,也不會產生輻射或空氣污染。在我國,現在已有不少成功的中、小型風力發(fā)電裝置在運轉。我國的風力資源極為豐富,絕大多數地區(qū)的平均風速都在每秒3米以上,特別是東北、西北、西南高原和沿海島嶼,平均風速更大;有的地方,一年三分之一以上的時間都是大風天。在這些地區(qū),風力發(fā)電產業(yè)的發(fā)展前景是光明的。

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