风电设计 |风力发电原理
风电设计 |风力发电原理
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什么是储能设计？
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风力发电原理
一、风力发电原理
风力发电的原理是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。简单来说风力发电就是将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能的过程。这个过程中不需要燃料也没有辐射，更没有产生空气污染，是一种清洁能源。目前风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行，我国也开始在西部地区大力提倡。
风力发电系统结构图
风力发电原理图
二、什么是风力发电机
风力发电所需要的装置，称作风力发电机。风力发电机是把风能转化为电能的装置，原理是：风带动叶轮旋转，叶轮带动发电机旋转切割磁感线，将风能转换为机械功，机械功带动转子旋转，最终产生电能。
三、风力发电机分类
- 水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行。
- 垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。
现代风力发电机多为水平轴式，水平轴式风力发电机包括：叶片、轮毂(与叶片合称叶轮)、机舱罩、齿轮箱、发电机、塔架、基座、控制系统、制动系统、偏航系统、液压装置等。
其工作原理是：当风流过叶片时，由于空气动力的效应带动叶轮转动，叶轮透过主轴连结齿轮箱，经过齿轮箱(或增速机)加速后带动发电机发电。
四、风力发电机结构
风力发电内部结构图
- 机舱：机舱包容着风力发电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风力发电机塔进入机舱。机舱左端是风力发电机转子，即转子叶片及轴。
- 转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风力发电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米，而且被设计得很像飞机的机翼。
- 轴心：转子轴心附着在风力发电机的低速轴上。
- 低速轴：风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风力发电机上，转子转速相当慢，大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。
- 齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。
- 高速轴及其机械闸：高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风力发电机被维修时。
- 发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风力发电机上，最大电力输出通常为500至1500千瓦。
- 偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。显示了风力发电机偏航。通常，在风改变其方向时，风力发电机一次只会偏转几度。
- 电子控制器：包含一台不断监控风力发电机状态的计算机，并控制偏航装置。为防止任何故障（即齿轮箱或发电机的过热），该控制器可以自动停止风力发电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作员。
- 液压系统：用于重置风力发电机的空气动力闸。
- 冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。一些风力发电机具有水冷发电机。
- 塔：风力发电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。
- 风速计及风向标：用于测量风速及风向
五、风力发电的缺点
风量无法掌控
风力发电最基本的东西是风，但风力不同于太阳能和水力，虽然蕴含的能量巨大，但却无规律可言。大风运行的轨迹随时会改道，监测起来非常麻烦。
这就导致风力发电厂很难准确选址，只能通过以往的数据大致推算，即使是这样，也不能保障产值。环境影响
风力发电虽然不产生辐射和空气污染，但是转动的风机对鸟类的迁徙还是影响很大的。风机旋转叶片下经常能够发现鸟的尸体，或者直接在机舱里抓鸟。噪音污染
理论上风机的分贝数是在人类可以接受的范围之内。但这也只是理论上的，现在很多风力发电的机组都是引进国外的技术，在国内使用时很容易出现“水土不服”的现象。
逆风风力发电机和顺风凤力发电机逆风风电机是一种风轮面向来风的横柱式风电机，而对於顺风风电机，来风是从风轮的背傻吹来，大多数的风力发电机是进风式的，单叶片、双叶片和三叶片风力发电机叶片的数目由很多因索决定，其中包括空年动力效率，复杂度、成本、噪音、美学要求等等。
大型风力发电机可由1、2或者3片叶片构成，—叶片较少的风力发电机通常需要更高的转速以提取风中的能量，因此噪音比较大，而如果叶片太多，它们之间会相互作用而降低系统效率，目前3叶片风电机是主流，从美学角度上看，3叶片的风电机看上去较为美观。