風(fēng)能發(fā)電原理解析

【專家解說】：

風(fēng)能是清潔能源之一，取之不盡用之不竭，風(fēng)力發(fā)電前景光明。那么，究竟是怎樣把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，供人們使用的呢？風(fēng)能發(fā)電原理是什么呢？

　　風(fēng)能發(fā)電原理解析

　　一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)分類

　　根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的區(qū)別，風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以分為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)是旋轉(zhuǎn)軸與葉片垂直，一般與地面平行，旋轉(zhuǎn)軸處于水平的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)則是旋轉(zhuǎn)軸與葉片平行，一般與地面垂直，旋轉(zhuǎn)軸處于垂直的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

　　根據(jù)定槳矩失速型風(fēng)機(jī)和變速恒頻變槳矩風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)目前裝機(jī)的電機(jī)一般分為兩類：

　　1、異步型
　?。?）籠型異步發(fā)電機(jī)：功率為600/125kW、750kW、800kW、1250180kW定子向電網(wǎng)輸送不同功率的50Hz交流電；

　　（2）繞線式雙饋異步發(fā)電機(jī)：功率為1500kW定子向電網(wǎng)輸送50Hz交流電，轉(zhuǎn)子由變頻器控制，向電網(wǎng)間接輸送有功或無功功率。

　　2、同步型
　?。?）永磁同步發(fā)電機(jī)：功率為750kW、1200kW、1500kW，由永磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)，定子輸出經(jīng)全功率整流逆變后向電網(wǎng)輸送50Hz交流電；

　?。?）電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)：由外接到轉(zhuǎn)子上的直流電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，定子輸出經(jīng)全功率整流逆變后向電網(wǎng)輸送50Hz交流電。

　　二、風(fēng)能發(fā)電原理

　　把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械動(dòng)能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電力動(dòng)能，這就是風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約是每秒三米的微風(fēng)速度（微風(fēng)的程度），便可以開始發(fā)電。 風(fēng)力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電不需要使用燃料，也不會(huì)產(chǎn)生輻射或空氣污染。

　　我們把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，這就是風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電所需要的裝置，稱作風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，大體上可分風(fēng)輪(包括尾舵)、發(fā)電機(jī)和鐵塔三部分。（大型風(fēng)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(huì)擁有尾舵）。

　　風(fēng)輪是把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)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(dāng)風(fēng)吹向槳葉時(shí)，槳葉上產(chǎn)生氣動(dòng)力驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。槳葉的材料要求強(qiáng)度高、重量輕，目前多用玻璃鋼或其它復(fù)合材料(如碳纖維)來制造。

　　由于風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速比較低，而且風(fēng)力的大小和方向經(jīng)常變化，這使轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定；所以，在帶動(dòng)發(fā)電機(jī)之前，還必須附加一個(gè)把轉(zhuǎn)速提高到發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的齒輪變速箱，再加一個(gè)調(diào)速機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定，然后再聯(lián)接到發(fā)電機(jī)上。為保持風(fēng)輪始終對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向以獲得最大的功率，還需在風(fēng)輪的后面裝一個(gè)類似風(fēng)向標(biāo)的尾舵。

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

　　發(fā)電機(jī)的作用，是把由風(fēng)輪得到的恒定轉(zhuǎn)速，通過升速傳遞給發(fā)電機(jī)構(gòu)均勻運(yùn)轉(zhuǎn)，因而把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?

　　那么，多大的風(fēng)力才可以發(fā)電呢?

　　一般說來，3級(jí)風(fēng)就有利用的價(jià)值。但從經(jīng)濟(jì)合理的角度出發(fā)，風(fēng)速大于每秒4米才適宜于發(fā)電。據(jù)測(cè)定，一臺(tái)55千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，當(dāng)風(fēng)速每秒為9.5米時(shí)，機(jī)組的輸出功率為55千瓦；當(dāng)風(fēng)速每秒8米時(shí)，功率為38千瓦；風(fēng)速每秒為6米時(shí)，只有16千瓦；而風(fēng)速為每秒5米時(shí)，僅為9.5千瓦?？梢婏L(fēng)力愈大，經(jīng)濟(jì)效益也愈大。

　　風(fēng)力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，為風(fēng)力發(fā)電沒有燃料問題，也不會(huì)產(chǎn)生輻射或空氣污染。在我國(guó)，現(xiàn)在已有不少成功的中、小型風(fēng)力發(fā)電裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)。我國(guó)的風(fēng)力資源極為豐富，絕大多數(shù)地區(qū)的平均風(fēng)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(fēng)速更大；有的地方，一年三分之一以上的時(shí)間都是大風(fēng)天。在這些地區(qū)，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景是光明的。

　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于風(fēng)量不穩(wěn)定，所以它輸出的是13～25V變化的交流電，須經(jīng)充電器整流，再對(duì)蓄電瓶充電，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能變成化學(xué)能。然后用有保護(hù)電路的逆變電源，把電瓶里的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成交流220V市電，才能保證電能穩(wěn)定使用。