風(fēng)力渦輪機(jī)的工作原理很簡(jiǎn)單: 風(fēng)力渦輪機(jī)利用風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)帶動(dòng)渦輪機(jī)的螺旋槳狀葉片繞著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生電能。

利用風(fēng)能產(chǎn)生機(jī)械動(dòng)力的概念可以追溯到幾千年前。早在公元前5000年，埃及人就利用風(fēng)能推動(dòng)尼羅河上的船只。美國(guó)殖民者依靠風(fēng)車在鋸木廠磨谷物、抽水和伐木。今天的風(fēng)力渦輪機(jī)相當(dāng)于現(xiàn)代的風(fēng)車——將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為清潔的、可再生的電力。

風(fēng)能

風(fēng)能在古代就被利用了。它被開發(fā)用于灌溉，用風(fēng)車碾磨谷物和移動(dòng)海上運(yùn)輸?shù)姆?。但是，我們真的知道風(fēng)能是什么嗎?

風(fēng)能是利用風(fēng)的能源。它是由組成地球大氣的氣團(tuán)之間的溫度差異產(chǎn)生的，因此，它是太陽的結(jié)果。因?yàn)樵谧顭岬牡貐^(qū)發(fā)現(xiàn)的空氣會(huì)向空氣更冷、密度更大的地區(qū)擴(kuò)散，所以可以說，風(fēng)是間接由太陽能產(chǎn)生的。風(fēng)能是太陽能的一種形式，由三個(gè)同時(shí)發(fā)生的事件組合而成: 太陽不均勻地加熱了大氣，地球表面的不規(guī)則性，地球的自轉(zhuǎn)。

盡管事實(shí)上只有 2% 的太陽能變成了風(fēng)能，但風(fēng)能的潛力是巨大的。

風(fēng)是一種永久和可再生的資源，因?yàn)榈厍蛏系臍饬鞑粩嘈纬伞１M管事實(shí)上只有1%-2%的太陽能變成了風(fēng)能，而且風(fēng)力渦輪機(jī)只有在5 - 25米/秒的速度下才能利用這種資源，但風(fēng)能的潛力是巨大的。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)

那么我們要問，風(fēng)的能量是如何變成可利用風(fēng)能的? 多虧了風(fēng)力渦輪機(jī)，這才成為可能。這些部件包括發(fā)動(dòng)機(jī)艙、葉片、輪轂和其它組成渦輪機(jī)的部件，以及不同的制導(dǎo)、控制、支持和接地系統(tǒng)。讓我們一個(gè)一個(gè)地看看所有這些組件，并簡(jiǎn)單而清楚地解釋它們。

葉片: 葉片是最重要的部件，它可以捕獲風(fēng)，然后將其能量傳輸?shù)捷嗇?，在那里三個(gè)葉片被連接到渦輪機(jī)的主軸上。它的任務(wù)是支撐葉片并將力傳遞給旋轉(zhuǎn)軸。轉(zhuǎn)子是由葉片和輪轂組成的整個(gè)裝配體的名稱。

然后，我們找到了吊艙，它被稱為風(fēng)力渦輪機(jī)的控制中心因?yàn)樵谒锩嫖覀冋业搅税l(fā)電機(jī)，正如它的名字所表明的那樣，利用風(fēng)能發(fā)電。此外，控制系統(tǒng)位于機(jī)艙內(nèi)，用于監(jiān)測(cè)風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行狀況和控制偏航驅(qū)動(dòng)。最后，這里還有電風(fēng)扇，它是用來冷卻的。

最后，旋翼葉片和機(jī)艙都由一個(gè)塔支撐，其主要功能是支撐風(fēng)力渦輪機(jī)足夠高，以捕捉風(fēng)速更大、湍流最少的風(fēng)。每臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的電力通過地下電纜網(wǎng)絡(luò)與變電站相連，然后從這個(gè)變電站注入電網(wǎng)。

如今，風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電量從2MW到3.5MW不等，塔高從90米到140米。它們的產(chǎn)量比以前的風(fēng)力渦輪機(jī)高出4到6倍。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理

“風(fēng)能”和“風(fēng)力”都描述了風(fēng)力產(chǎn)生機(jī)械動(dòng)力或電力的過程。這種機(jī)械動(dòng)力可以用于特定的任務(wù)(如磨糧或抽水)或發(fā)電機(jī)可以將這種機(jī)械動(dòng)力轉(zhuǎn)化為電力。

渦輪機(jī)用它們像螺旋槳一樣的葉片捕捉風(fēng)的能量，它的作用很像飛機(jī)的機(jī)翼。當(dāng)風(fēng)吹起時(shí)，在葉片的一側(cè)會(huì)形成一個(gè)低壓空氣袋。低壓氣穴將葉片拉向它，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。這叫做升力。升力的大小比風(fēng)對(duì)葉片正面的力要大得多，這種力被稱為阻力。升力和阻力的結(jié)合使轉(zhuǎn)子像螺旋槳一樣旋轉(zhuǎn)。

一系列齒輪將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速從每分鐘18轉(zhuǎn)提高到每分鐘1800轉(zhuǎn)，這個(gè)轉(zhuǎn)速可以讓渦輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生交流電。

一個(gè)叫做發(fā)動(dòng)機(jī)艙的流線型外殼包含了渦輪關(guān)鍵部件——通常包括齒輪、轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)——在一個(gè)叫做發(fā)動(dòng)機(jī)艙的外殼中。位于渦輪塔頂?shù)囊恍┒膛摯蟮米阋宰屩鄙龣C(jī)降落。

另一個(gè)關(guān)鍵部件是渦輪機(jī)的控制器，它可以保持轉(zhuǎn)子的速度不至于過大，以避免被大風(fēng)損壞。風(fēng)速計(jì)連續(xù)測(cè)量風(fēng)速，并將數(shù)據(jù)傳輸給控制器。在緊急情況下，機(jī)艙內(nèi)也裝有一個(gè)制動(dòng)器，可以通過機(jī)械、電力或液壓的方式停止轉(zhuǎn)子。

風(fēng)力渦輪機(jī)的應(yīng)用

風(fēng)力渦輪機(jī)被用于多種應(yīng)用——從利用海上風(fēng)力資源到為單個(gè)家庭發(fā)電:

大型風(fēng)力渦輪機(jī)通常被公用事業(yè)公司用于向電網(wǎng)提供電力，其功率范圍從100千瓦到幾兆瓦不等。這些公用事業(yè)規(guī)模的渦輪機(jī)經(jīng)常被放在風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)中，以產(chǎn)生大量的電力。風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)可以由幾個(gè)或幾百個(gè)渦輪機(jī)組成，為成千上萬個(gè)家庭提供足夠的電力。

小型風(fēng)力渦輪機(jī)，最高可達(dá)100千瓦。小型渦輪機(jī)有時(shí)與柴油發(fā)電機(jī)、電池和光伏系統(tǒng)相連。這些系統(tǒng)被稱為混合風(fēng)力系統(tǒng)，通常用于偏遠(yuǎn)的、離網(wǎng)的地方，這些地方無法連接到公用電網(wǎng)。