風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理

      風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理簡單的說是：風(fēng)的動能（即空氣的動能）轉(zhuǎn)化成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的動能，轉(zhuǎn)子的動能又轉(zhuǎn)化成電能。
      風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理是利用風(fēng) 能 可 再 生 能 源  的 部 分 。 由 1995 年 到 2005 年 之 間 的 年 增 長 率 為 28.5 ％ 。 根 據(jù) 德 國 風(fēng) 能 會 （ DEWI ） 的 估 計 ， 風(fēng) 能 發(fā) 電 的 年 增 長 率 將 保 持 高 增 長 率 ， 在 2012 年 或 之 前 全 球 風(fēng) 力 發(fā) 電 裝 機(jī) 容 量 可 能 達(dá) 到 150 千 兆 瓦發(fā) 電 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) zui 初 出 現(xiàn) 在 十 九 世 紀(jì) 末 。 自 二 十 世 紀(jì) 八 十 年 代 起 ， 這 項 技 術(shù) 不 斷 發(fā) 展 并 日 漸 成 熟 ， 適 合 工 業(yè) 應(yīng) 用 。 近 二 三 十 年 ， 典 型 的 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 的 風(fēng) 輪 直 徑 不 斷 增 大 ， 而 額 定 功 率 也 不 斷 提 升 。在 二 十 一 世 紀(jì) 00 年 代 初 ， 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) zui 具 經(jīng) 濟(jì) 效 益 的 額 定 輸 出 功 率 范 圍 在 600 千 瓦 至 750 千 瓦 之 間 ， 而 風(fēng) 輪 直 徑 則 在 40 米 至 47 米 之 間 。 當(dāng) 時 所 有 制 造 商 都 有 生 產(chǎn) 這 類 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 。 新 一 代 的 兆 瓦 級 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 是 以 這 類 機(jī) 種 作 為 基 礎(chǔ) 發(fā) 展 出 來 的 。

        二 零 零 七 年 初 ， 有 一 些 制 造 商 開 始 生 產(chǎn) 額 定 功 率 為 幾 兆 瓦 而 風(fēng) 輪 直 徑 達(dá) 到 約 90 米 的 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) （ 例 如 Vestas V90 3.0 兆 瓦 風(fēng) 電 機(jī) ， Nordex N90 2.5 兆 瓦 風(fēng) 電 機(jī) 等 等 ） ， 甚 至 有 些 直 徑 達(dá) 100 米 ( 如 GE 3.6 兆 瓦 風(fēng) 電 機(jī) ) 。 這 些 大 型 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 主 要 市 場 是 歐 洲 。 在 歐 洲 ， 適 合 風(fēng) 電 的 地 段 日 漸 減 少 ， 因 此 有 逼 切 性 安 裝 發(fā) 電 能 力 盡 量 高 的 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 。另 一 類 更 大 型 的 為 海 上 應(yīng) 用 而 設(shè) 計 的 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) ， 已 經(jīng) 完 成 設(shè) 計 并 制 成 原 型 機(jī) 。 例 如 RE Power 公 司 設(shè) 計 的 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 風(fēng) 輪 直 徑 達(dá) 126 米 ， 功 率 達(dá) 5 兆 瓦 。

1) 風(fēng) 的 功 率

風(fēng) 的 能 量 指 的 是 風(fēng) 的 動 能 。 特 定 質(zhì) 量 的 空 氣 的 動 能 可 以 用 下 列 公 式 計 算 。

能 量 = 1/2 X 質(zhì) 量 X ( 速 度 )^2

吹 過 特 定 面 積 的 風(fēng) 的 的 功 率 可 以 用 下 列 公 式 計 算 。

功 率 = 1/2 X 空 氣 密 度 X 面 積 X ( 速 度 )^3

其 中 ，

功 率 單 位 為 瓦 特 ； 
空 氣 密 度 單 位 為 千 克 / 立 方 米 ； 
面 積 指 氣 流 橫 截 面 積 ， 單 位 為 平 方 米 ； 
速 度 單 位 為 米 / 秒 。

在 海 平 面 高 度 和 攝 氏 15 度 的 條 件 下 ， 乾 空 氣 密 度 為 1.225 千 克 / 立 方 米 。 空 氣 密 度 隨 氣 壓 和 溫 度 而 變 。 隨 著 高 度 的 升 高 ， 空 氣 密 度 也 會 下 降 。

於 上 述 公 式 中 可 以 看 出 ， 風(fēng) 的 功 率 與 速 度 的 三 次 方 〔 立 方 〕 成 正 比 ， 并 與 風(fēng) 輪 掃 掠 面 積 成 正 比 。 不 過 實(shí) 際 上 ， 風(fēng) 輪 只 能 提 取 風(fēng) 的 能 量 中 的 一 部 分 ， 而 非 全 部 。

2) 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 的 工 作 原 理

         現(xiàn) 代 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 采 用 空 氣 動 力 學(xué) 原 理 ， 就 像 飛 機(jī) 的 機(jī) 翼 一 樣 。 風(fēng) 并 非 " 推 " 動 風(fēng) 輪 葉 片 ， 而 是 吹 過 葉 片 形 成 葉 片 正 反 面 的 壓 差 ， 這 種 壓 差 會 產(chǎn) 生 升 力 ， 令 風(fēng) 輪 旋 轉(zhuǎn) 并 不 斷 橫 切 風(fēng) 流 。

風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 的 風(fēng) 輪 并 不 能 提 取 風(fēng) 的 所 有 功 率 。 根 據(jù) Betz 定 律 ， 理 論 上 風(fēng) 電 機(jī) 能 夠 提 取 的 zui 大 功 率 ， 是 風(fēng) 的 功 率 的 59.6% 。 大 多 數(shù) 風(fēng) 電 機(jī) 只 能 提 取 風(fēng) 的 功 率 的 40% 或 者 更 少 。

        風(fēng)力發(fā)電風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 主 要 包 含 三 部 分 ∶ 風(fēng) 輪 、 機(jī) 艙 和 塔 桿 。 大 型 與 電 網(wǎng) 接 駁 的 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 的 zui 常 見 的 結(jié)