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风力发电原理(风能利用基本方式)

 风力发电原理是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。

   把风能转变为电能是风能利用中最基本的一种方式。风力发电机一般由风轮、发电机(包括传动装置)、调向器(尾翼)、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。风力发电机的工作原理比较简单,风轮在风力的作用下旋转,它把风的动能转变为风轮轴的机械能。发电机在风轮轴的带动下旋转发电。


      风轮是集风装置,它的作用是把流动空气具有的动能转变为风轮旋转的机械能。一般风力发电机的风轮由2个或3个叶片构成。叶片在风的作用下,产生升力和阻力,设计优良的叶片可获得大的升力和小的阻力。风轮叶片的材料因风力发电机的型号和功率大小不同而定,如有玻璃钢、尼龙等。我国已能制造多种类型容量不等的风轮。


      在风力发电机中,已采用的发电机有3种,即直流发电机、同步交流发电机和异步交流发电机。小功率风力发电机多采用同步或异步交流发电机,发出的交流电通过整流装置转换成直流电。与直流发电机相比,同步发电机的优点是效率高,而且在低风速下比直流发电机发出的电能多,能适应比较宽的风速范围。同步发电机能自行提供磁场的电流,但成本较高。

      风力发电机中调向器的功能是尽量使风力发电机的风轮随时都迎着风向,从而能最大限度地获取风能。除了下风式风力发电机外,一般风力发电机几乎全部是利用尾翼来控制风轮的迎风方向的。尾翼一般都设在风轮的尾端,处在风轮的尾流区里。只有个别风力发电机的尾翼安装在比较高的位置上,这样可以避开风轮尾流对它的影响。尾翼的材料通常采用镀锌薄钢板。


      顾名思义,限速安全机构是用来保证风力发电机运行安全的。风力发电机风轮的转速和功率与风的大小密切相关。风轮转速和功率随着风速的提高而增加,风速过高会导致风轮转速过高和发电机超负荷。风轮转速过高和发电机超负荷都会危及风力发电机的运行安全。限速安全机构的设置可以使风力发电机风轮的转速在一定的风速范围内保持基本不变。除了限速装置外,风力发电机一般还设有专门的制动装置,当风速过高时,可以使风轮停转,以保证风力发电机在特大风速下的安全。


      塔架是风力发电机的支撑机构,也是风力发电机的一个重要部件。考虑到便于搬迁、降低成本等因素,百瓦级风力发电机通常采用管式塔架。管式塔架以钢管为主体,在4个方向上安置张紧索。稍大的风力发电机塔架一般采用由角钢或圆钢组成的桁架结构。


      风力机的输出功率与风速的大小有关。由于自然界的风速是极不稳定的,风力发电机的输出功率也极不稳定。这样一来,风力发电机发出的电能一般是不能直接用在电器上的,先要储存起来。目前蓄电池是风力发电机采用的最为普遍的储能装置,即把风力发电机发出的电能先储存在蓄电池内,然后通过蓄电池向直流电器供电,或通过逆变器把蓄电池的直流电转变为交流电后再向交流电器供电。考虑到成本问题,目前风力发电机用的蓄电池多为铅酸蓄电池。风力发电机的性能特性是由风力发电机的输出功率曲线来反映的。风力发电机的输出功率曲线是风力发电机的输出功率与场地风速之间的关系曲线。

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