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风力发电机工作原理

2008-05-08  来源:中国风力发电网  [已有0人评论]  [有偿投稿]
核心提示:风力发电机工作原理简单的说是:风的动能(即空气的动能)转化成发电机转子的动能,转子的动能又转化成电能。 风力发电机工作原理是利用风 能 可 再 生 能 源 的 部 分 。 由 1995 年 到 2005 年 之 间 的 年 增 长

风力发电机工作原理简单的说是:风的动能(即空气的动能)转化成发电机转子的动能,转子的动能又转化成电能。
风力发电机工作原理是利用风 能 可 再 生 能 源  的 部 分 。 由 1995 年 到 2005 年 之 间 的 年 增 长 率 为 28.5 % 。 根 据 德 国 风 能 会 ( DEWI ) 的 估 计 , 风 能 发 电 的 年 增 长 率 将 保 持 高 增 长 率 , 在 2012 年 或 之 前 全 球 风 力 发 电 装 机 容 量 可 能 达 到 150 千 兆 瓦 。

发 电 风 力 发 电 机 最 初 出 现 在 十 九 世 纪 末 。 自 二 十 世 纪 八 十 年 代 起 , 这 项 技 术 不 断 发 展 并 日 渐 成 熟 , 适 合 工 业 应 用 。 近 二 三 十 年 , 典 型 的 风 力 发 电 机 的 风 轮 直 径 不 断 增 大 , 而 额 定 功 率 也 不 断 提 升 。

在 二 十 一 世 纪 00 年 代 初 , 风 力 发 电 机 最 具 经 济 效 益 的 额 定 输 出 功 率 范 围 在 600 千 瓦 至 750 千 瓦 之 间 , 而 风 轮 直 径 则 在 40 米 至 47 米 之 间 。 当 时 所 有 制 造 商 都 有 生 产 这 类 风 力 发 电 机 。 新 一 代 的 兆 瓦 级 风 力 发 电 机 是 以 这 类 机 种 作 为 基 础 发 展 出 来 的 。

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二 零 零 七 年 初 , 有 一 些 制 造 商 开 始 生 产 额 定 功 率 为 几 兆 瓦 而 风 轮 直 径 达 到 约 90 米 的 风 力 发 电 机 ( 例 如 Vestas V90 3.0 兆 瓦 风 电 机 , Nordex N90 2.5 兆 瓦 风 电 机 等 等 ) , 甚 至 有 些 直 径 达 100 米 ( 如 GE 3.6 兆 瓦 风 电 机 ) 。 这 些 大 型 风 力 发 电 机 主 要 市 场 是 欧 洲 。 在 欧 洲 , 适 合 风 电 的 地 段 日 渐 减 少 , 因 此 有 逼 切 性 安 装 发 电 能 力 尽 量 高 的 风 力 发 电 机 。

另 一 类 更 大 型 的 为 海 上 应 用 而 设 计 的 风 力 发 电 机 , 已 经 完 成 设 计 并 制 成 原 型 机 。 例 如 RE Power 公 司 设 计 的 风 力 发 电 机 风 轮 直 径 达 126 米 , 功 率 达 5 兆 瓦 。

1) 风 的 功 率

风 的 能 量 指 的 是 风 的 动 能 。 特 定 质 量 的 空 气 的 动 能 可 以 用 下 列 公 式 计 算 。

能 量 = 1/2 X 质 量 X ( 速 度 )^2

吹 过 特 定 面 积 的 风 的 的 功 率 可 以 用 下 列 公 式 计 算 。

功 率 = 1/2 X 空 气 密 度 X 面 积 X ( 速 度 )^3

其 中 ,

功 率 单 位 为 瓦 特 ;
空 气 密 度 单 位 为 千 克 / 立 方 米 ;
面 积 指 气 流 横 截 面 积 , 单 位 为 平 方 米 ;
速 度 单 位 为 米 / 秒 。

在 海 平 面 高 度 和 摄 氏 15 度 的 条 件 下 , 乾 空 气 密 度 为 1.225 千 克 / 立 方 米 。 空 气 密 度 随 气 压 和 温 度 而 变 。 随 著 高 度 的 升 高 , 空 气 密 度 也 会 下 降 。

於 上 述 公 式 中 可 以 看 出 , 风 的 功 率 与 速 度 的 三 次 方 〔 立 方 〕 成 正 比 , 并 与 风 轮 扫 掠 面 积 成 正 比 。 不 过 实 际 上 , 风 轮 只 能 提 取 风 的 能 量 中 的 一 部 分 , 而 非 全 部 。

 

2) 风 力 发 电 机 的 工 作 原 理

现 代 风 力 发 电 机 采 用 空 气 动 力 学 原 理 , 就 像 飞 机 的 机 翼 一 样 。 风 并 非 " 推 " 动 风 轮 叶 片 , 而 是 吹 过 叶 片 形 成 叶 片 正 反 面 的 压 差 , 这 种 压 差 会 产 生 升 力 , 令 风 轮 旋 转 并 不 断 横 切 风 流 。

风 力 发 电 机 的 风 轮 并 不 能 提 取 风 的 所 有 功 率 。 根 据 Betz 定 律 , 理 论 上 风 电 机 能 够 提 取 的 最 大 功 率 , 是 风 的 功 率 的 59.6% 。 大 多 数 风 电 机 只 能 提 取 风 的 功 率 的 40% 或 者 更 少 。

风 力 发 电 机 主 要 包 含 三 部 分 ∶ 风 轮 、 机 舱 和 塔 杆 。 大 型 与 电 网 接 驳 的 风 力 发 电 机 的 最 常 见 的 结

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(来源:香港可再生能源网  作者:未知)

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