风力发电的原理是什么?风力发电机如何工作?

  悲画扇        2020-08-12 17:20:09

风力发电的原理是什么?风力发电机如何工作?一文看完告诉你。


风力发电的原理是什么?风力发电机如何工作?


什么是风能?


风能是指使用风或地球大气中自然产生的气流发电的过程。现代风力涡轮机用于从风中捕获动能并发电。


风能主要分为三种类型:


公用事业规模的风能:风力涡轮机的大小从100千瓦到几兆瓦不等,在那里电力被输送到电网并由电力公司或电力系统运营商分配给最终用户。


分布式或“小型”风能:低于100千瓦的单个小型风力发电机,用于直接为家庭,农场或小型企业供电,并且不与电网连接。


海上风能:  通常在大陆架上竖立在大型水域中的风力涡轮机。海上风力涡轮机比陆地风力涡轮机大,并且可以产生更多的功率。


风力涡轮机如何工作


当风吹过风力涡轮机时,其叶片会捕获风的动能并旋转,将其转化为机械能。这种旋转使连接到变速箱的内轴旋转,从而使旋转速度提高100倍。这使发电机发电。


风力发电的原理是什么?风力发电机如何工作?


管状钢塔通常高至少80米(262英尺),支撑着一个轮毂,轮毂带有三个连接的叶片和一个“机舱”,该机舱容纳了轴,变速箱,发电机和控制装置。收集了风的测量值,这些测量值指示涡轮旋转并面对最强的风,并且优化了叶片的角度或“螺距”以捕获能量。


当风速达到每小时六到九英里(mph)时,典型的现代涡轮机将开始发电。如果风吹过大(每小时约55英里)以防止设备损坏,则涡轮机将关闭。


在一年的时间里,现代涡轮机可以在90%的时间内产生可用的电量。例如,如果涡轮机上的风达到6到9 mph的极限转速,则涡轮机将开始发电。随着风速的增加,电力生产也会增加。


风力发电的原理是什么?风力发电机如何工作?


风能生产的另一种常用度量称为容量因子。这可衡量风力涡轮机在给定时间段(通常为一年)中相对于其最大电势产生的电量。


例如,假设一年中两兆瓦的风力涡轮机的最大理论输出为17,520兆瓦时(是8760小时的两倍,即一年的小时数)。但是,该涡轮机一年中可能仅产生7,884兆瓦时,因为风并不总是吹得足够大以产生涡轮机能够产生的最大电量。在这种情况下,涡轮机的容量系数为45%(7,884除以17,520)。请记住,这并不意味着涡轮机仅45%的时间发电。现代风电场的容量系数通常大于40%,接近某些类型的燃煤或天然气发电厂。


风车与风力发电机


有时人们会交替使用“风车”和“风力涡轮机”这两个术语,但是有重要的区别。数百年来,人们一直在使用风车来碾磨谷物,抽水和做其他工作。风车产生机械能,但不发电。相比之下,现代风力涡轮机是高度发展的机器,具有8,000多个零件,可以利用风的动能并将其转化为电能。


什么是风电场?


通常,大量风力涡轮机靠近在一起建造,这被称为风力发电项目或风电场。风电场充当单个发电厂,并向电网发送电力。


风电场中的涡轮机已连接,因此它们产生的电力可以从风电场传播到电网。一旦风能进入主电网,电力公司或电力运营商就会将电力发送到人们需要的地方。


较小的输电线路(称为配电线路)收集风力发电项目产生的电力,并将其传输到较大的“网络”输电线路,在这里,电力可以长距离传播到需要的地点。最后,较小的配电线路将电能直接输送到您的城镇,家庭或企业。


风力涡轮机的工作原理很简单:风力涡轮机不像风扇那样利用电来发电,而是利用风来发电。风绕着转子旋转涡轮的螺旋桨状叶片,转子使发电机旋转,从而发电。


在美国各地,风的流动方式和速度变化很大,并且受到水体,植被和地形差异的影响。人类将这种风或运动能用于许多目的:航行,放风筝,甚至发电。


术语“风能”和“风能”均描述了使用风产生机械能或电能的过程。该机械动力可用于特定任务(例如碾磨谷物或抽水),或者发电机可将该机械动力转换为电能。


风力涡轮机利用转子叶片产生的空气动力将风能转化为电能,转子叶片的工作原理类似于飞机机翼或直升机转子叶片。当风流过叶片时,叶片一侧上的气压会降低。叶片两侧的气压差会产生升力和阻力。升力大于阻力,这会导致转子旋转。转子直接(如果是直接驱动的涡轮机)或通过轴和一系列齿轮(齿轮箱)连接到发电机,以加快旋转速度。


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