風力發電機原理

見過鋒利發電機的小夥伴肯定都會好奇 鋒利發電機轉得這麼慢 卻能穩定地輸出電力 它到底是把電怎麼發出來的 一圈下來又能發多少度電 這是世界上最大的鋒利渦輪機 單臺發電功率16兆瓦 可以同時給三萬多戶普通家庭供電 你能想象它有多大嗎 發電機距離地面152米 每一根葉片長123米 三根葉片轉一圈直徑是260米 但它正常工作時 其實風車並不完全是被風推着轉的 真正讓葉片轉動的 不是風的衝擊力 而是生力 原理和飛機機翼是一樣的 當風吹過葉片時 空氣會同時從葉片的上下表面流過 因爲葉片的形狀和角度不同 上下兩側的氣流速度不一樣 就會形成壓力差 空氣總是從高壓區流向低壓區 這個壓力差就會產生一個向上的力 也就是我們說的生力 只要葉片角度合適 風越大 氣流就越快 生力也就越大 葉片就會被抬着往前轉 雖然整個風輪看起來轉的很慢 但真正幹活的 其實是葉片最外側 因爲風輪半徑太大了 離中心越遠 限速度就越高 在葉片尖端 限速度可以輕鬆超過每小時200公里 而速度越快 葉片產生的生力也就越大 這正是風機能夠輸出巨大功率的關鍵原因 但這有個問題 生力越大 葉片承受的力就越恐怖 這麼長的葉片 如果不控制就會被扯斷的 所以大型風機都有一個非常重要的變槳系統 它可以調節葉片角度 風小的時候 葉片角度大一點 多吃風 風大的時候 葉片角度自動變小 減少生力 遇到暴風 葉片甚至可以直接順着風擺 幾乎不轉 如果需要停機檢修 只要把葉片角度調到接近零度 不管風多大 風輪都不會再轉 再加上風的方向是不固定的 爲了保證效率 風機必須始終正對着風 所以在機艙頂部 裝有風速和風向傳感器 一旦風向發生變化 控制系統就會驅動偏航電機 帶着整個機艙慢慢轉頭 讓葉片始終對準來風方向 接下來是最關鍵的一步 怎麼把機械能變成電能 我們都知道 電網的頻率是固定的 而普通發電機需要很高的轉速 才能達到這個頻率 但風輪只有10-20轉每分鐘 直接連發電機肯定是不行的 所以風機內部必須先把轉速放大 在機艙裏有一個齒輪箱 傳動比是1比90 葉片慢慢轉 通過多極齒輪放大轉速 把轉速提升到1000-1500轉每分鐘 這時候纔算進入發電機 能正常工作的轉速區間 再送進發電機發電 同時機艙裏還有三套 非常重要的剎車系統 機械剎車 用於緊急情況或檢修 可以把整颱風機徹底停死 維護制動系統 維修人員上去之前 必須保證葉片不會亂轉 電氣控制剎車 當轉速異常時 系統會自動介入控制 所以風力發電機並不是想轉就轉 而是被嚴格控制的機械系統 現在很多新型風機 已經開始使用永磁同步發電機 雙潰感應發電機 通過電力電子系統 把不穩定的轉速 翻譯成穩定的電網頻率 減少對齒輪箱的依賴 效率也更高 風機裏剛發出來的電 一般只有幾千伏左右 但遠距離輸電 需要高電壓低損耗 所以在風機底部 會有一個升壓變壓器 把電壓升到33千伏 再接入電網 一路送到城市和千家萬戶