风能是清洁能源之一,取之不尽用之不竭,风力发电前景光明。那么,究竟是怎样把风能转化为电能,供人们使用的呢?风能发电原理是什么呢?
风能发电原理解析
一、风力发电机分类
根据风力发电机旋转轴的区别,风力发电机可以分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。水平轴风力发电机是旋转轴与叶片垂直,一般与地面平行,旋转轴处于水平的风力发电机。垂直轴风力发电机则是旋转轴与叶片平行,一般与地面垂直,旋转轴处于垂直的风力发电机。
根据定桨矩失速型风机和变速恒频变桨矩风机的特点,国内目前装机的电机一般分为两类:
(1)笼型异步发电机:功率为600/125kW、750kW、800kW、1250180kW定子向电网输送不同功率的50Hz交流电;
(2)绕线式双馈异步发电机:功率为1500kW定子向电网输送50Hz交流电,转子由变频器控制,向电网间接输送有功或无功功率。
(1)永磁同步发电机:功率为750kW、1200kW、1500kW,由永磁体产生磁场,定子输出经全功率整流逆变后向电网输送50Hz交流电;
(2)电励磁同步发电机:由外接到转子上的直流电流产生磁场,定子输出经全功率整流逆变后向电网输送50Hz交流电。
二、风能发电原理
把风的动能转变成机械动能,再把机械能转化为电力动能,这就是风力发电。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。依据目前的风车技术,大约是每秒三米的微风速度(微风的程度),便可以开始发电。 风力发电正在世界上形成一股热潮,因为风力发电不需要使用燃料,也不会产生辐射或空气污染。
我们把风的动能转变成机械能,再把机械能转化为电能,这就是风力发电。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。风力发电所需要的装置,称作风力发电机组。这种风力发电机组,大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。(大型风力发电站基本上没有尾舵,一般只有小型(包括家用型)才会拥有尾舵)。
风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件,它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向桨叶时,桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻,目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。
由于风轮的转速比较低,而且风力的大小和方向经常变化,这使转速不稳定;所以,在带动发电机之前,还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱,再加一个调速机构使转速保持稳定,然后再联接到发电机上。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率,还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。
铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。它一般修建得比较高,为的是获得较大的和较均匀的风力,又要有足够的强度。铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况,以及风轮的直径大小而定,一般在6-20米范围内。
发电机的作用,是把由风轮得到的恒定转速,通过升速传递给发电机构均匀运转,因而把机械能转变为电能。
那么,多大的风力才可以发电呢?
一般说来,3级风就有利用的价值。但从经济合理的角度出发,风速大于每秒4米才适宜于发电。据测定,一台55千瓦的风力发电机组,当风速每秒为9.5米时,机组的输出功率为55千瓦;当风速每秒8米时,功率为38千瓦;风速每秒为6米时,只有16千瓦;而风速为每秒5米时,仅为9.5千瓦。可见风力愈大,经济效益也愈大。
风力发电正在世界上形成一股热潮,为风力发电没有燃料问题,也不会产生辐射或空气aIhUaU.com污染。在我国,现在已有不少成功的中、小型风力发电装置在运转。我国的风力资源极为丰富,绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上,特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿,平均风速更大;有的地方,一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区,风力发电产业的发展前景是光明的。