风力发电工作原理。
我一直很好奇,平时看到那些长得像奔驰标志的大叶片转得这么慢,这家伙真的能发电吗?原来这是故意设计成转得这么慢的。
以这台世界上最大的海上风力发电机来说,这家伙在中国广东省汕头的一个沿海试验基地安装完成,高152米,每个叶片长123米,转子直径260米,越大的转子直径风力涡轮机的覆盖面积也就越大。
别看转速只有每分钟10到20转,转的越慢也代表着能捕捉到更弱的风。
然而夸张的叶片长度使得叶片尖端速度可以达到每秒200公里,这速度简直像在飙车。
不过也是由于这种设计,叶片尖端在产生更多升力的同时也更加容易断裂。
为了防止这种一不小心就"砰"一下断了的情况,风力发电机的叶片基于伯努利原理设计,使得它稍微扭曲。
当空气流过时,由于叶片的角度下面产生高压,而叶片上方没有压力,这就增加了压力差,这能让叶片获得更多的升力。
这种构造可以让风作用在叶片上的力均匀分布。
但是风向总归飘忽不定,风速也是时快时慢,要是风速太快升力太大,叶片还是可能断裂。
因此而引入了风力涡轮机。
这些叶片通过巨大的轴承连接到轮毂上,它可以通过发电机背面的传感器感知风速和风向,不断调整叶片的角度,使叶片的位置时刻可以与风向保持一致。
这么一来既能保持发电的稳定性,也能保证叶片不会因旋转过快而断裂。
前面提到风力发电机的转速每分钟只有10到20转,很多人都会想这么慢的转速怎么发电?其实在转轴和发电机轴之间有一个齿轮箱,它能够将低速的大扭矩转换为高速的小扭矩。
齿轮箱分为三段设计:·第一段行星齿轮有更多的接触点用于高扭矩转换,可以将旋转速度提高四倍。
·第二段螺旋齿轮可以增加六倍转速。
·第三段再次增加四倍,最终将转速提升到每分钟一千五百到一千八百次。
这样的转速同步到发电机就能有效发电,这才是风力发电机的诀窍。
最后发电机底部还有一个变压器,通过它把发的电升压到三万伏,由此产生的电力送到发电站最后传输到家中。
你知道吗?风力发电机的平均成本在150万到250万美元每兆瓦,海上风力发电机成本更是高得离谱。
这台18兆瓦发电机的成本都至少要好几亿了。
发展风力发电真的是烧钱。