风力涡轮机是如何工作的?有不同的类型吗?
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我们的城市时不时地面临着停电的风险，除非我们采取措施增加电网的容量。那么，解决办法是什么呢?风力涡轮机它是!
风力涡轮机是一种迷人的可再生能源．他们利用风能并将其转化为电能。人类利用风能已经有几个世纪的历史了，但现代风力涡轮机可以产生更多的电力而不那么麻烦。此外，风能是一种清洁、低成本、可再生能源。它减少了我们的碳足迹，有助于降低生活成本。
但风力涡轮机是如何工作的呢?在这里，我们将讨论风力涡轮机的组成部分以及它们如何工作来发电。所以，继续阅读，了解更多!
风力涡轮机的组成部分及其工作原理
风是一种免费的能源。风力涡轮机是一种大型的旋转叶片，它能捕获风的动能并将其转化为机械能。然后，机械能转化为电能，供家庭和企业使用。
大多数风力涡轮机有三个叶片围绕转子旋转。当叶片旋转时，它们暴露在气流中，由于伯努利效应，气流推动叶片作圆周运动。这个力使涡轮机旋转。
转子与主轴连接，旋转发电机发电。下面，我们将解释如何操作风力涡轮机的每个部件都能工作．这样你就能更好地理解了。
1.叶片
叶片使风力涡轮机工作。它们是由金属或复合材料制成的，它们附着在转子上，转子连接到轴的底部。
它们被设计成尽可能多地捕捉风。它们的角度是这样的，当风吹过它们时，它们旋转得更快。这意味着它们的旋转速度比它们直接迎风时要快。当风吹过它们时，它们旋转，使转子旋转。
2.转子
转子是涡轮的旋转部分，由轮毂、轴和叶片组成。当它旋转时，叶片旋转并抓住风，将其转化为电能。轮毂是所有零件相遇和连接的中心点。它还通过轴将叶片与涡轮机的其他部件连接起来。
3.低速轴
低速轴连接转子轮毂和发电机。通常，它的轴是钢制的，而且是空心的。通过这种方式，油泵通过它来冷却内部轴承和齿轮。
一些涡轮机使用铝轴代替钢轴，因为它重量更轻，成本更低。此外，低速轴转速为每分钟30 ~ 60转(RPM)。
4.齿轮箱
齿轮箱连接高速轴和低速轴。此外，它增加扭矩(旋转力)从低转速到高转速。它使用的齿轮可以成倍增加扭矩。
转速范围为30 ~ 60rpm ~ 1000rpm ~ 1800rpm。它指的是许多发电机发电的速度。
5.高速轴
高速轴驱动发电机，并将电力从转子高速传输到发电机。它以最小的振动和摩擦旋转，所以它不会干扰发电机将机械能转化为电能的能力。
6.发电机
发电机把机械能转化为电能。它使用磁铁和线圈，称为定子。它也有特定的结构当线圈经过磁铁时，就会在线圈中产生电流。
磁极的数量决定了可以通过单个磁铁的线圈的数量。三极发电机在风力涡轮机上很常见。它们允许比两极发电机更高的速度。
7.风速计及控制器
风速计将风速数据发送给控制器并测量风速。另一方面，它调节风力涡轮机的速度。
风力涡轮机的最小速度在8到16英里/小时(英里/小时)之间。最高速度是55英里每小时。风力涡轮机不会超过这个速度，因为它们可能会被损坏。
8.距系统
桨距系统是风力涡轮机的重要组成部分。它可以调整叶片面对的角度，使它们保持在一个适合发电的角度。
9.刹车
制动系统在紧急情况下停止转子。它有机械刹车应用在叶片上，而电动刹车使用在发电机轴上。
10.风标
风向标测量风的方向。而且，它连接到偏航驱动器。它们一起根据风向改变风力涡轮机的方向。
11.电机和偏航驱动
偏航驱动器控制转子叶片的方向。它有一个变速箱，可以改变旋转的速度和方向。电机驱动偏航驱动器。
12.塔
塔支撑着风力涡轮机的结构。它由铝、混凝土或钢管制成。通常，塔都是用交叉支撑的格子结构建造的。它提供刚性和强度。更高的风力涡轮机能捕获更多的风能，从而产生更多的电力。
13.飞机的引擎机舱
这是容纳发电机和风力涡轮机其他部件的外壳。它有两部分:塔(塔上的塔)和枢纽(它包含叶片和发电机)。
机舱符合空气动力学，重量轻。它旋转时阻力很小。它还包含了将发电机连接到家庭或企业的其他电气系统所需的所有电线。
什么是不同类型的风力涡轮机?
风力涡轮机是根据其大小和功率输出来分类的。涡轮机有很多种。但最常见的两种设计是水平轴和垂直轴。
他们是:
1.水平轴风力涡轮机
这些是最常用的风力涡轮机。这些涡轮机有三个叶片，围绕水平轴旋转。此外，它们还连接到一个齿轮箱，可以将转动能量转换为电能。
水平轴涡轮机可放置在杆子、建筑物或塔顶。此外，它们可以安装在地面上，作为地面安装的风力涡轮机系统的一部分。在某些情况下，许多风力涡轮机一起使用以增加发电量。
- 可靠高效
- 大功率输出
- 高风速
- 具有挑战性的安装和维护
2.垂直轴风力涡轮机
这种风力涡轮机绕着中心桅杆垂直旋转。它与基地的发电机相连。通常，它被用在低风地区，如丘陵地区，它是一个挑战，为水平轴涡轮机建造高塔。
种涡轮机是空间有限的城市地区的理想选择，而且你不想要一个高大的建筑。
- 最少的维护需求
- 比HAWTs便宜
- 能在极端天气条件下工作
- 运行安静
- 产生的电力比hawt少
- 陆基风力涡轮机:这些风力涡轮机被固定在地面上或安装在塔和杆子上。它们可以是水平的也可以是垂直的。它们用于商业和住宅应用。世界上大部分的风能是由陆基涡轮机产生的。通常，它们在大风地区大量使用。它们还为国家电网发电。
- 海上风力涡轮机:通常，海上风力发电场位于沿海地区，因为那里受到建筑物和树木的干扰较少。这些涡轮机安装在离岸约6英里的海上浮动平台上。这样，它们就不会干扰野生动物或船只交通。它们又大又高，所以能产生大量的能量。
- 分布式风力涡轮机:分布式风力涡轮机更小，更便宜。它们在需要能源的地方或附近发电。它们还可以产生卖回给公用事业公司的净计量信用。
这些风力涡轮机为农业、住宅、工业和小型商业应用发电。
风力涡轮机在哪里使用?
风力涡轮机在世界范围内被用于发电。你可以在从城市到农村的陆地或水上的许多地方找到它们。它们可以被组合在风力发电场中，为公用事业电网发电。
- 城市地区:城市地区几乎没有空间安装像风力涡轮机这样的大规模能源发电装置。但在城市环境中，风能仍然有很大的潜力。例如，有平屋顶的办公楼或公寓楼等大型建筑是安装小型风力涡轮机的理想场所。它们可以产生足够的电力，为照明和空调系统提供电力。
- 农村地区:农村社区经常使用风力涡轮机作为更大计划的一部分。他们为家庭和企业生产可持续能源。许多农村社区与国家电网相连。它允许他们将多余的电力卖回这些网络。
- 风力涡轮机利用风力产生清洁能源。
- 涡轮机可以安装在牧场和农场上。
- 风力涡轮机产生的风能是可持续的。
- 它也是一种可再生能源。
- 运行风力涡轮机成本低廉。
- 风能产业创造了就业机会。
- 这是一种更便宜的电力形式。
- 风力涡轮机噪音很大。
- 它们会对当地的野生动物造成负面影响，比如鸟类。
- 风力涡轮机位于远离需要发电的大城市的地方。
- 风能是不可预测的。发电量取决于风速和风向。
- 涡轮机会干扰景观的视觉外观。
- 建造风力发电场的成本很高。
风力涡轮机能产生多少电?
风力涡轮机产生的电量取决于几个因素。其中之一就是风速。你必须有足够的风吹过叶片，使它们产生电力。如果没有足够的风，叶片会缓慢旋转，但不会产生电力。
一个陆上风力涡轮机可以产生2到3兆瓦的电力。它还可以产生超过600万千瓦时(kWh)的电力每年。这些电力足够大约1500户家庭使用。
影响风力涡轮机发电量的因素
风力涡轮机能有效地将风能转化为电能。有几个因素影响风力涡轮机产生的电量。
其中包括:
- 风速:风速越高，风力涡轮机产生的电力越多。通常，一个地区的平均风速决定了该地区是否适合风力发电。但这可能会随着时间和空间的变化而变化。因此，这并不是一个完美的指标，涡轮机在任何时候能产生多少电。
- 风季的长度:风季的长度是影响发电量的另一个关键因素。通常，更长的多风季节意味着更多的发电量，因为全年必须有足够的稳定的风。这弥补了在冬季等长时间无风或无风时的生产间歇。
- 旋转叶片的直径:涡轮产生的电力与转子的直径成正比。直径决定了每次旋转时通过它的空气量。空气分子通过涡轮叶片的速度越快，它们拥有的动能就越大。大转子直径可以提高效率，但它们的安装和维护成本更高，因为它们需要坚固的基础(基础支撑)。他们还需要特殊的材料，如玻璃纤维或碳纤维复合材料，这些材料更轻，但仍足以承受强风。
- 俯仰控制:俯仰控制指的是在风力涡轮机的叶片有多少角度。这取决于它们的旋转速度。它允许操作人员增加或减少发电水平。他们可以调整叶片的螺距角度。它还取决于风速和功率输出需求。
- 偏航控制:偏航控制在操作过程中改变转子叶片角度的方向。这样，它总是迎风而行。该功能还可以防止刀片击中障碍物，如树木或建筑物，这可能降低其性能，甚至导致损坏或破坏设备本身，如果控制不善。
- 风力涡轮机部件的效率:风力涡轮机由叶片、轮毂和轴等几个部件组成。这些部件必须经过精心设计，才能经受多年恶劣天气条件的考验。每个部件的效率取决于其设计和建筑中使用的材料。例如，复合材料用于叶片结构。它们比金属或塑料叶片更耐用。
此外，它们比金属叶片更轻，从而减少了齿轮等其他部件的压力。
常见问题
1.风力涡轮机的理想位置是什么?
最好的位置是在建筑物的最高点，面朝外。它将允许最大的能源生产。它也有助于减少噪音污染的物业。
此外，开阔的田野和没有障碍物的地区是风力涡轮机的理想选择。风力涡轮机应放置在远离树木和建筑物的地方。他们也应该远离其他物体，可以引起湍流和影响他们的表现。
2.哪个国家在风力发电方面领先?
中国、美国、德国、印度和西班牙是世界上最大的五个风能生产国。中国在总装机容量和每年新增装机数量上都领先世界。它的装机容量也达到了221吉瓦。
中国还拥有全球最大的陆上风力发电场，发电量为7965兆瓦。美国以96.4 GW的装机容量位居第二。
3.为什么风力涡轮机是浅灰色或白色的?
风力涡轮机是白色的原因之一是将热量从叶片反射回大气中。这有助于保持他们的凉爽和工作效率。它们也与天空融为一体，避免分散飞机的注意力。
白色还能让飞行员更容易看到叶片。飞行员可以从远处看到涡轮机。叶片的颜色可能会随着时间的推移而改变，因为它们磨损或在极端天气条件下。
4.风力涡轮机工作的理想风速是多少?
测量风速的方法有很多。最常见的方法是用风速计。这些仪器测量风的速度。它们还会计算内部螺旋桨旋转的次数。
螺旋桨旋转得越快，每秒计算的次数就越多。因此，测得的风速越高。
风力涡轮机可以以12到14公里/小时的最低速度开始转动。每小时50 ~ 60公里的强风可以使电力满负荷运转。
结论
风力涡轮机是一个国家电网和可再生能源供应的宝贵补充。它们还能有效地将风的动能转化为电能。用不了多久，风能涡轮机的投资就会有回报。
许多国家正在考虑使用风能。这样，他们将走向一个更清洁、更可持续的未来。
我们希望你喜欢学习风力涡轮机的工作原理和它们的工作原理。此外，我们希望你现在了解了事实和复杂的机制，使风力涡轮机驱动我们的科技世界。现在，你可以更加自信了!
图片来源:Pixabay
