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風力發電原理(風能利用基本方式)

 風力發電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,來促使發電機發電。

   把風能轉變為電能是風能利用中最基本的一種方式。風力發電機一般由風輪、發電機(包括傳動裝置)、調向器(尾翼)、塔架、限速安全機構和儲能裝置等構件組成。風力發電機的工作原理比較簡單,風輪在風力的作用下旋轉,它把風的動能轉變為風輪軸的機械能。發電機在風輪軸的帶動下旋轉發電。


      風輪是集風裝置,它的作用是把流動空氣具有的動能轉變為風輪旋轉的機械能。一般風力發電機的風輪由2個或3個葉片構成。葉片在風的作用下,產生升力和阻力,設計優良的葉片可獲得大的升力和小的阻力。風輪葉片的材料因風力發電機的型號和功率大小不同而定,如有玻璃鋼、尼龍等。我國已能制造多種類型容量不等的風輪。


      在風力發電機中,已采用的發電機有3種,即直流發電機、同步交流發電機和異步交流發電機。小功率風力發電機多采用同步或異步交流發電機,發出的交流電通過整流裝置轉換成直流電。與直流發電機相比,同步發電機的優點是效率高,而且在低風速下比直流發電機發出的電能多,能適應比較寬的風速范圍。同步發電機能自行提供磁場的電流,但成本較高。

      風力發電機中調向器的功能是盡量使風力發電機的風輪隨時都迎著風向,從而能最大限度地獲取風能。除了下風式風力發電機外,一般風力發電機幾乎全部是利用尾翼來控制風輪的迎風方向的。尾翼一般都設在風輪的尾端,處在風輪的尾流區里。只有個別風力發電機的尾翼安裝在比較高的位置上,這樣可以避開風輪尾流對它的影響。尾翼的材料通常采用鍍鋅薄鋼板。


      顧名思義,限速安全機構是用來保證風力發電機運行安全的。風力發電機風輪的轉速和功率與風的大小密切相關。風輪轉速和功率隨著風速的提高而增加,風速過高會導致風輪轉速過高和發電機超負荷。風輪轉速過高和發電機超負荷都會危及風力發電機的運行安全。限速安全機構的設置可以使風力發電機風輪的轉速在一定的風速范圍內保持基本不變。除了限速裝置外,風力發電機一般還設有專門的制動裝置,當風速過高時,可以使風輪停轉,以保證風力發電機在特大風速下的安全。


      塔架是風力發電機的支撐機構,也是風力發電機的一個重要部件。考慮到便于搬遷、降低成本等因素,百瓦級風力發電機通常采用管式塔架。管式塔架以鋼管為主體,在4個方向上安置張緊索。稍大的風力發電機塔架一般采用由角鋼或圓鋼組成的桁架結構。


      風力機的輸出功率與風速的大小有關。由于自然界的風速是極不穩定的,風力發電機的輸出功率也極不穩定。這樣一來,風力發電機發出的電能一般是不能直接用在電器上的,先要儲存起來。目前蓄電池是風力發電機采用的最為普遍的儲能裝置,即把風力發電機發出的電能先儲存在蓄電池內,然后通過蓄電池向直流電器供電,或通過逆變器把蓄電池的直流電轉變為交流電后再向交流電器供電。考慮到成本問題,目前風力發電機用的蓄電池多為鉛酸蓄電池。風力發電機的性能特性是由風力發電機的輸出功率曲線來反映的。風力發電機的輸出功率曲線是風力發電機的輸出功率與場地風速之間的關系曲線。

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