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風(fēng)力發(fā)電的科學(xué)原理是什么
風(fēng)力發(fā)電是現(xiàn)在人們熟悉的發(fā)電方式，然而大部分單位人都不知道風(fēng)力發(fā)電的一些原理。以下是小編幫大家整理的風(fēng)力發(fā)電的科學(xué)原理是什么，歡迎大家分享。
風(fēng)力發(fā)電的原理
產(chǎn)生風(fēng)能的源泉是太陽。地球各處的空氣因受太陽光照射，因為熱情況不同而發(fā)生流動，便形成了風(fēng)。風(fēng)看似來無影去無蹤，其中卻蘊藏著自然界取之不盡的一種能源。專家估計，地球上可以被利用的風(fēng)力資源如果全用來發(fā)電的話，比地球上利用的水電要大10倍。風(fēng)能分布廣，可說是一種清潔能源。不過，風(fēng)能的利用也有一點制約，比如它的能量密度比較低，又很不穩(wěn)定，要充分利用它需要比較復(fù)雜的技術(shù)。
從原理上說很容易理解，就是把電風(fēng)扇原理“逆反”過來。電風(fēng)扇通電后，電機開始轉(zhuǎn)動，帶動扇葉轉(zhuǎn)動產(chǎn)生“人造風(fēng)”;風(fēng)力發(fā)電正相反，是利用風(fēng)吹動葉片驅(qū)動發(fā)電機來發(fā)電。也就是說，電風(fēng)扇是使電能轉(zhuǎn)化成風(fēng)能，而風(fēng)力發(fā)電機則是使風(fēng)能轉(zhuǎn)變成電能。
風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵設(shè)備是風(fēng)力發(fā)電機。通常，風(fēng)力發(fā)電機由風(fēng)輪、增速齒輪箱、發(fā)電機、偏航裝置、控制系統(tǒng)、塔架等部件組成。風(fēng)輪的作用是捕捉風(fēng)，將風(fēng)能變?yōu)闄C械能。它由氣動性能優(yōu)異的葉片裝在輪轂上組成，葉片有單葉、雙葉、三葉和多葉等形式，用得較多的為三葉式。
風(fēng)力發(fā)電的原因
我們把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變成機械能，再把機械能轉(zhuǎn)化為電能，這就是風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電所需要的裝置，稱作風(fēng)力發(fā)電機組。這種風(fēng)力發(fā)電機組，大體上可分風(fēng)輪(包括尾舵)、發(fā)電機和鐵塔三部分。
風(fēng)輪是把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)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(dāng)風(fēng)吹向漿葉時，槳葉上產(chǎn)生氣動力驅(qū)動風(fēng)輪轉(zhuǎn)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(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)常變化著，這又使轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速提高到發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速的齒輪變速箱，再加一個調(diào)速機構(gòu)使轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定，然后再聯(lián)接到發(fā)電機上。為保持風(fēng)輪始終對準風(fēng)向以獲得最大的功率，還需在風(fēng)輪的后面裝一個類似風(fēng)向標的尾舵。
鐵塔是支承風(fēng)輪、尾舵和發(fā)電機的構(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，又要有足夠的強度。鐵塔高度視地面障礙物對風(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)電機構(gòu)均勻運轉(zhuǎn)，因而把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>
多大的風(fēng)力可以發(fā)電
一般說來，3級風(fēng)就有利用的價值。但從經(jīng)濟合理的角度出發(fā)，風(fēng)速大于每秒4米才適宜于發(fā)電。據(jù)測定，一臺55千瓦的風(fēng)力發(fā)電機組，當(dāng)風(fēng)速每秒為9.5米時，機組的輸出功率為55千瓦;當(dāng)風(fēng)速每秒8米時，功率為38千瓦;風(fēng)速每秒為6米時，只有16千瓦;而風(fēng)速為每秒5米時，僅為9.5千瓦�？梢婏L(fēng)力愈大，經(jīng)濟效益也愈大。
在我國，現(xiàn)在已有不少成功的中、小型風(fēng)力發(fā)電裝置在運轉(zhuǎn)。
我國的風(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間都是大風(fēng)天。在這些地區(qū)，發(fā)展風(fēng)力發(fā)電是很有前途的。
風(fēng)是沒有公害的能源之一。而且它取之不盡，用之不竭。對于缺水、缺燃料和交通不便的沿海島嶼、草原牧區(qū)、山區(qū)和高原地帶，因地制宜地利用風(fēng)力發(fā)電，非常適合，大有可為。
風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)缺點
優(yōu)點
1、清潔，環(huán)境效益好;
2、可再生，永不枯竭;
3、基建周期短;
4、裝機規(guī)模靈活。
缺點
1、噪聲，視覺污染;
2、占用大片土地;
3、不穩(wěn)定，不可控;
4、目前成本仍然很高。
5、影響鳥類。
發(fā)電機結(jié)構(gòu)
風(fēng)力發(fā)電機是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械功的動力機械，又稱風(fēng)車。廣義地說，它是一以大氣為工作介質(zhì)的能量利用機械。
機艙：機艙包容著風(fēng)力發(fā)電機的關(guān)鍵設(shè)備，包括齒輪箱、發(fā)電機。維護人員可以通過風(fēng)力發(fā)電機塔進入機艙。機艙左端是風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)子，即轉(zhuǎn)子葉片及軸。
轉(zhuǎn)子葉片：捉獲風(fēng)，并將風(fēng)力傳送到轉(zhuǎn)子軸心�，F(xiàn)代600千瓦風(fēng)力發(fā)電機上，每個轉(zhuǎn)子葉片的測量長度大約為20米，而且被設(shè)計得很像飛機的機翼。
軸心：轉(zhuǎn)子軸心附著在風(fēng)力發(fā)電機的低速軸上。
低速軸：風(fēng)力發(fā)電機的低速軸將轉(zhuǎn)子軸心與齒輪箱連接在一起。在現(xiàn)代600千瓦風(fēng)力發(fā)電機上，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相當(dāng)慢，大約為19至30轉(zhuǎn)每分鐘。軸中有用于液壓系統(tǒng)的導(dǎo)管，來激發(fā)空氣動力閘的運行。
齒輪箱：齒輪箱左邊是低速軸，它可以將高速軸的轉(zhuǎn)速提高至低速軸的50倍。 高速軸及其機械閘：高速軸以1500轉(zhuǎn)每分鐘運轉(zhuǎn)，并驅(qū)動發(fā)電機。它裝備有緊急機械閘，用于空氣動力閘失效時，或風(fēng)力發(fā)電機被維修時。
發(fā)電機：通常被稱為感應(yīng)電機或異步發(fā)電機。在現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機上，最大電力輸出通常為500至1500千瓦�！∑窖b置：借助電動機轉(zhuǎn)動機艙，以使轉(zhuǎn)子正對著風(fēng)。偏航裝置由電子控制器操作，電子控制器可以通過風(fēng)向標來感覺風(fēng)向。顯示了風(fēng)力發(fā)電機偏航。通常，在風(fēng)改變其方向時，風(fēng)力發(fā)電機一次只會偏轉(zhuǎn)幾度。
電子控制器：包含一臺不斷監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電機狀態(tài)的計算機，并控制偏航裝置。為防止任何故障（即齒輪箱或發(fā)電機的過熱），該控制器可以自動停止風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)動，并通過電話調(diào)制解調(diào)器來呼叫風(fēng)力發(fā)電機操作員。
液壓系統(tǒng)：用于重置風(fēng)力發(fā)電機的空氣動力閘。
冷卻元件：包含一個風(fēng)扇，用于冷卻發(fā)電機。此外，它包含一個油冷卻元件，用于冷卻齒輪箱內(nèi)的油。一些風(fēng)力發(fā)電機具有水冷發(fā)電機。
塔：風(fēng)力發(fā)電機塔載有機艙及轉(zhuǎn)子。通常高的塔具有優(yōu)勢，因為離地面越高，風(fēng)速越大�，F(xiàn)代600千瓦風(fēng)汽輪機的塔高為40至60米。它可以為管狀的塔，也可以是格子狀的塔。管狀的塔對于維修人員更為安全，因為他們可以通過內(nèi)部的梯子到達塔頂。格狀的塔的優(yōu)點在于它比較便宜。
風(fēng)速計及風(fēng)向標：用于測量風(fēng)速及風(fēng)向
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