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風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理及額定輸出功率

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(dòng)力學(xué)原理，就像飛機(jī)的機(jī)翼一樣。風(fēng)并非 " 推 " 動(dòng)葉輪葉片，而是吹過(guò)葉片形成葉片正反面的壓差，這種壓差會(huì)產(chǎn)生升力，令葉輪旋轉(zhuǎn)并不斷橫切風(fēng)流。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉輪并不能提取風(fēng)的所有功率。根據(jù) Betz 定律，理論上風(fēng)電機(jī)能夠提取的最大功率，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)電機(jī)主要包含三部分∶葉輪、機(jī)艙和塔架。大型與電網(wǎng)接駁的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)，是橫軸式三葉片葉輪，并安裝在直立管狀塔桿上。葉輪葉片由復(fù)合材料制造。不像小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，大型風(fēng)電機(jī)的葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)相當(dāng)慢。比較簡(jiǎn)單的風(fēng)力發(fā)電機(jī)是采用固定速度的。通常采用兩個(gè)不同的速度-在弱風(fēng)下用低速和在強(qiáng)風(fēng)下用高速。這些定速風(fēng)電機(jī)的感應(yīng)式異步發(fā)電機(jī)能夠直接發(fā)產(chǎn)生電網(wǎng)頻率的交流電。比較新型的設(shè)計(jì)一般是可變速的（比如Vestas公司的V52-850千瓦風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為每分鐘 14 轉(zhuǎn)到每分鐘 31.4轉(zhuǎn)）。利用可變速操作，葉輪的空氣動(dòng)力效率可以得到改善，從而提取更多的能量，而且在弱風(fēng)情況下噪音更低。因此，變速的風(fēng)電機(jī)設(shè)計(jì)比起定速風(fēng)電機(jī)，越來(lái)越受歡迎。

　　機(jī)艙上安裝的感測(cè)器探測(cè)風(fēng)向，透過(guò)轉(zhuǎn)向機(jī)械裝置令機(jī)艙和葉輪自動(dòng)轉(zhuǎn)向，面向來(lái)風(fēng)。葉輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)齒輪變速箱傳送到機(jī)艙內(nèi)的發(fā)電機(jī)（如果沒(méi)有齒輪變速箱則直接傳送到發(fā)電機(jī)）。在風(fēng)電工業(yè)中，配有變速箱的風(fēng)力發(fā)電機(jī)是很普遍的。不過(guò)，為風(fēng)電機(jī)而設(shè) 計(jì)的多極直接驅(qū)動(dòng)式發(fā)電機(jī)，也有顯著的發(fā)展。設(shè)於塔底的變壓器（或者有些設(shè)於機(jī)艙內(nèi) ）可提升發(fā)電機(jī)的電壓到配電網(wǎng)電壓（香港的情況為11千伏）。

　　所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率輸出是隨著風(fēng)力而變的。強(qiáng)風(fēng)下最常見(jiàn)的兩種限制功率輸出的方法（從而限制葉輪所承受壓力）是失速調(diào)節(jié)和斜角調(diào)節(jié)。使用失速調(diào)節(jié)的風(fēng)電機(jī)，超過(guò)額定風(fēng) 速的強(qiáng)風(fēng)會(huì)導(dǎo)致通過(guò)葉片的氣流產(chǎn)生擾流，令葉輪失速。當(dāng)風(fēng)力過(guò)強(qiáng)時(shí)，葉片尾部制動(dòng)裝置會(huì)動(dòng)作，令葉輪剎車(chē)。使用斜角調(diào)節(jié)的風(fēng)電機(jī)，每片葉片能夠以縱向?yàn)檩S而旋轉(zhuǎn)，葉片角度隨著風(fēng)速不同而轉(zhuǎn)變，從而改變?nèi)~輪的空氣動(dòng)力性能。當(dāng)風(fēng)力過(guò)強(qiáng)時(shí)，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)至迎氣邊緣面向來(lái)風(fēng)，從而令葉輪剎車(chē)。葉片中嵌入了避雷條，當(dāng)葉片遭到雷擊時(shí)，可將閃電中的電流引導(dǎo)到地下去。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定輸出功率

　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定輸出功率是配合特定的額定風(fēng)速設(shè)而定的。由于能量與風(fēng)速的立方成正比，因此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率會(huì)隨風(fēng)速變化會(huì)很大。同樣構(gòu)造和風(fēng)輪直徑的風(fēng)電機(jī)可以配以不同大小的發(fā)電機(jī)。因此兩座同樣構(gòu)造和風(fēng)輪直徑的風(fēng)電機(jī)可能有相當(dāng)不同的額定輸出功率值，這取決于它的設(shè)計(jì)是配合強(qiáng)風(fēng)地帶（配較大型發(fā)電機(jī)）或弱風(fēng)地帶（配較小型發(fā)電機(jī) ）。

標(biāo)簽: 電機(jī),風(fēng)機(jī),風(fēng)電機(jī)

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