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風力發電基礎知識

風力發電

把風的轉變成機械動能,再把機械能轉化為電力動能,這就是風力發電。

風力發電的原理,

利用風力帶動風車葉片旋轉,再透過增速機將旋轉的速度提升,來促使發電機發電。依據目前的風車技術,大約是每秒三米的微風速度(微風的程度),便可以開始發電。 風力發電正在世界上形成一股熱潮,因為風力發電不需要使用燃料,也不會產生輻射或。

風力發電所需要的裝置,稱作。這種風力發電機組,大體上可分(包括尾舵)、和三部分。(大型風力發電站基本上沒有尾舵,一般只有小型(包括家用型)才會擁有尾舵)

風輪是把風的轉變為機械能的重要部件,它由兩隻(或更多隻)螺旋槳形的葉輪組成。當風吹向漿葉時,槳葉上產生氣動力驅動風輪轉動。槳葉的材料要求強度高、重量輕,目前多用或其它複合材料(如)來製造。(現在還有一些垂直風輪,s型旋轉葉片等,其作用也與常規螺旋槳型葉片相同)

由於風輪的轉速比較低,而且風力的大小和方向經常變化著,這又使轉速不穩定;所以,在帶動發電機之前,還必須附加一個把轉速提高到發電機額定轉速的齒輪變速箱,再加一個調速機構使轉速保持穩定,然後再聯接到發電機上。為保持風輪始終對準風向以獲得最大的功率,還需在風輪的後面裝一個類似風向標的尾舵。

是支承風輪、尾舵和發電機的構架。它一般修建得比較高,為的是獲得較大的和較均勻的風力,又要有足夠的強度。鐵塔高度視地面障礙物對風速影響的情況,以及風輪的直徑大小而定,一般在6-20米範圍內。

發電機的作用,是把由風輪得到的恆定轉速,透過升速傳遞給發電機構均勻運轉,因而把機械能轉變為電能。

小型風力發電系統效率很高,但它不是隻由一個發電機頭組成的,而是一個有一定科技含量的小系統:風力發電機+充電器+數字逆變器。風力發電機由機頭、轉體、尾翼、葉片組成。每一部分都很重要,各部分功能為:葉片用來接受風力並透過機頭轉為電能;尾翼使葉片始終對著來風的方向從而獲得最大的;轉體能使機頭靈活地轉動以實現尾翼調整方向的功能;機頭的轉子是永磁體,定子繞組切割磁力線產生電能。

一般說來,三級風就有利用的價值。但從合理的角度出發,風速大於每秒4米才適宜於發電。據測定,一臺55千瓦的,當風速為每秒9。5米時,機組的輸出功率為55千瓦;當風速每秒8米時,功率為38千瓦;風速每秒6米時,只有16千瓦;而風速每秒5米時,僅為9。5千瓦。可見風力愈大,也愈大。

在我國,現在已有不少成功的中、小型風力發電裝置在運轉。

我國的風力資源極為豐富,絕大多數地區的平均風速都在每秒3米以上,特別是東北、西北、西南高原和沿海島嶼,平均風速更大;有的地方,一年三分之一以上的時間都是大風天。在這些地區,發展風力發電是很有前途的。中國風能儲量很大、分佈面廣,僅陸地上的風能儲量就有約2。53億千瓦。2009年,中國(不含)新增風電機組10129臺,容量13803。2MW,同比增長124%;累計安裝風電機組21581臺,容量25805。3MW。按照國家規劃,未來15年,全國風力發電裝機容量將達到2000萬至3000萬千瓦。以每千瓦裝機容量裝置投資7000元計算,根據《》雜誌釋出,未來風電裝置市場將高達1400億元至2100億元。風電發展到目前階段,其價效比正在形成與煤電、水電的競爭優勢。風電的優勢在於:能力每增加一倍,成本就下降15%

風力發電的輸出

風力發電機因風量不穩定,故其輸出的是13~25V變化的,須經充電器整流,再對蓄電瓶充電,使風力發電機產生的電能變成。然後用有保護電路的逆變電源,把電瓶裡的化學能轉變成交流220V市電,才能保證穩定使用。

一個家庭一年的用電只需20元電瓶液的代價。

風力發電機種類

儘管風力發電機多種多樣,但歸納起來可分為兩類:①,風輪的旋轉軸與風向平行;②,風輪的旋轉軸垂直於地面或者氣流方向。

優缺點

優點

1、清潔,環境效益好;

2、可再生,永不枯竭;

3、基建週期短;

4、裝機規模靈活。

缺點

1、噪聲,視覺汙染;

2、佔用大片土地;

3、不穩定,不可控;

4、目前成本仍然很高。

5、影響鳥類。

發電機結構

風力發電機是將風能轉換為機械功的動力機械,又稱風車。廣義地說,它是一以大氣為工作介質的能量利用機械。

機艙:機艙包容著風力發電機的,包括齒輪箱、發電機。維護人員可以透過風力發電機塔進入機艙。機艙左端是風力發電機轉子,即轉子葉片及軸。

轉子葉片:捉獲風,並將風力傳送到轉子軸心。現代600千瓦風力發電機上,每個轉子葉片的測量長度大約為20米,而且被設計得很像飛機的機翼。

軸心:轉子軸心附著在風力發電機的低速軸上。

低速軸:風力發電機的低速軸將轉子軸心與齒輪箱連線在一起。在現代600千瓦風力發電機上,轉子轉速相當慢,大約為19至30轉每分鐘。軸中有用於液壓系統的導管,來激發空氣動力閘的執行。

齒輪箱:齒輪箱左邊是低速軸,它可以將高速軸的轉速提高至低速軸的50倍。 高速軸及其機械閘:高速軸以1500轉每分鐘運轉,並驅動發電機。它裝備有緊急機械閘,用於空氣動力閘失效時,或風力發電機被維修時。

發電機:通常被稱為感應電機或非同步發電機。在現代風力發電機上,最大電力輸出通常為500至1500千瓦。 偏航裝置:藉助電動機轉動機艙,以使轉子正對著風。偏航裝置由電子控制器操作,電子控制器可以透過風向標來感覺風向。圖中顯示了風力發電機偏航。通常,在風改變其方向時,風力發電機一次只會偏轉幾度。

電子控制器:包含一臺不斷監控風力發電機狀態的計算機,並控制偏航裝置。為防止任何故障(即齒輪箱或發電機的過熱),該控制器可以自動停止風力發電機的轉動,並透過電話調變解調器來呼叫風力發電機操作員。

液壓系統:用於重置風力發電機的空氣動力閘。

冷卻元件:包含一個風扇,用於冷卻發電機。此外,它包含一個油冷卻元件,用於冷卻齒輪箱內的油。一些風力發電機具有水冷發電機。

塔:風力發電機塔載有機艙及轉子。通常高的塔具有優勢,因為離地面越高,風速越大。現代600千瓦風汽輪機的塔高為40至60米。它可以為管狀的塔,也可以是格子狀的塔。管狀的塔對於維修人員更為安全,因為他們可以透過內部的梯子到達塔頂。格狀的塔的優點在於它比較便宜。

風速計及風向標:用於測量風速及風向