风力发电的科学原理是什么

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风力发电的科学原理是什么

　　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。以下是小编帮大家整理的风力发电的科学原理是什么，欢迎大家分享。

　　风力发电的原理

　　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。

　　风力发电的原因

　　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。

　　多大的风力可以发电

　　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。

　　在我国，现在已有不少成功的中、小型风力发电装置在运转。

　　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。

　　风力发电的优缺点

　　优点

　　1、清洁，环境效益好;

　　2、可再生，永不枯竭;

　　3、基建周期短;

　　4、装机规模灵活。

　　缺点

　　1、噪声，视觉污染;

　　2、占用大片土地;

　　3、不稳定，不可控;

　　4、目前成本仍然很高。

　　5、影响鸟类。

　　发电机结构

　　风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。广义地说，它是一以大气为工作介质的能量利用机械。

　　机舱：机舱包容着风力发电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风力发电机塔进入机舱。机舱左端是风力发电机转子，即转子叶片及轴。

　　转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风力发电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米，而且被设计得很像飞机的机翼。

　　轴心：转子轴心附着在风力发电机的低速轴上。

　　低速轴：风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风力发电机上，转子转速相当慢，大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。

　　齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。　高速轴及其机械闸：高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风力发电机被维修时。

　　发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风力发电机上，最大电力输出通常为500至1500千瓦。　偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。显示了风力发电机偏航。通常，在风改变其方向时，风力发电机一次只会偏转几度。

　　电子控制器：包含一台不断监控风力发电机状态的计算机，并控制偏航装置。为防止任何故障（即齿轮箱或发电机的过热），该控制器可以自动停止风力发电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作员。

　　液压系统：用于重置风力发电机的空气动力闸。

　　冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。一些风力发电机具有水冷发电机。

　　塔：风力发电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。

　　风速计及风向标：用于测量风速及风向

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