风力发电机的工作原理和工作发电率
风力发电机工作原理
风力发电机工作原理是利用风 能 可 再 生 能 源 的 部 分 。 由 1995 年 到 2005 年 之 间 的 年 增 长 率 为 28.5 % 。 根 据 德 国 风 能 会 ( DEWI ) 的 估 计 , 风 能 发 电 的 年 增 长 率 将 保 持 高 增 长 率 , 在 2012 年 或 之 前 全 球 风 力 发 电 装 机 容 量 可 能 达 到 150 千 兆 瓦 。
发 电 风 力 发 电 机 最 初 出 现 在 十 九 世 纪 末 。 自 二 十 世 纪 八 十 年 代 起 , 这 项 技 术 不 断 发 展 并 日 渐 成 熟 , 适 合 工 业 应 用 。 近 二 三 十 年 , 典 型 的 风 力 发 电 机 的 风 轮 直 径 不 断 增 大 , 而 额 定 功 率 也 不 断 提 升 。
在 二 十 一 世 纪 00 年 代 初 , 风 力 发 电 机 最 具 经 济 效 益 的 额 定 输 出 功 率 范 围 在 600 千 瓦 至 750 千 瓦 之 间 , 而 风 轮 直 径 则 在 40 米 至 47 米 之 间 。 当 时 所 有 制 造 商 都 有 生 产 这 类 风 力 发 电 机 。 新 一 代 的 兆 瓦 级 风 力 发 电 机 是 以 这 类 机 种 作 为 基 础 发 展 出 来 的 。
二 零 零 七 年 初 , 有 一 些 制 造 商 开 始 生 产 额 定 功 率 为 几 兆 瓦 而 风 轮 直 径 达 到 约 90 米 的 风 力 发 电 机 ( 例 如 Vestas V90 3.0 兆 瓦 风 电 机 , Nordex N90 2.5 兆 瓦 风 电 机 等 等 ) , 甚 至 有 些 直 径 达 100 米 ( 如 GE 3.6 兆 瓦 风 电 机 ) 。 这 些 大 型 风 力 发 电 机 主 要 市 场 是 欧 洲 。 在 欧 洲 , 适 合 风 电 的 地 段 日 渐 减 少 , 因 此 有 逼 切 性 安 装 发 电 能 力 尽 量 高 的 风 力 发 电 机 。
另 一 类 更 大 型 的 为 海 上 应 用 而 设 计 的 风 力 发 电 机 , 已 经 完 成 设 计 并 制 成 原 型 机 。 例 如 RE Power 公 司 设 计 的 风 力 发 电 机 风 轮 直 径 达 126 米 , 功 率 达 5 兆 瓦 。
1) 风 的 功 率
风 的 能 量 指 的 是 风 的 动 能 。 特 定 质 量 的 空 气 的 动 能 可 以 用 下 列 公 式 计 算 。
能 量 = 1/2 X 质 量 X ( 速 度 )^2
吹 过 特 定 面 积 的 风 的 的 功 率 可 以 用 下 列 公 式 计 算 。
功 率 = 1/2 X 空 气 密 度 X 面 积 X ( 速 度 )^3
其 中 ,
功 率 单 位 为 瓦 特 ;
空 气 密 度 单 位 为 千 克 / 立 方 米 ;
面 积 指 气 流 横 截 面 积 , 单 位 为 平 方 米 ;
速 度 单 位 为 米 / 秒 。
在 海 平 面 高 度 和 摄 氏 15 度 的 条 件 下 , 乾 空 气 密 度 为 1.225 千 克 / 立 方 米 。 空 气 密 度 随 气 压 和 温 度 而 变 。 随 著 高 度 的 升 高 , 空 气 密 度 也 会 下 降 。
於 上 述 公 式 中 可 以 看 出 , 风 的 功 率 与 速 度 的 三 次 方 〔 立 方 〕 成 正 比 , 并 与 风 轮 扫 掠 面 积 成 正 比 。 不 过 实 际 上 , 风 轮 只 能 提 取 风 的 能 量 中 的 一 部 分 , 而 非 全 部 。
2) 风 力 发 电 机 的 工 作 原 理
现 代 风 力 发 电 机 采 用 空 气 动 力 学 原 理 , 就 像 飞 机 的 机 翼 一 样 。 风 并 非 " 推 " 动 风 轮 叶 片 , 而 是 吹 过 叶 片 形 成 叶 片 正 反 面 的 压 差 , 这 种 压 差 会 产 生 升 力 , 令 风 轮 旋 转 并 不 断 横 切 风 流 。
风 力 发 电 机 的 风 轮 并 不 能 提 取 风 的 所 有 功 率 。 根 据 Betz 定 律 , 理 论 上 风 电 机 能 够 提 取 的 最 大 功 率 , 是 风 的 功 率 的 59.6% 。 大 多 数 风 电 机 只 能 提 取 风 的 功 率 的 40% 或 者 更 少 。
风 力 发 电 机 主 要 包 含 三 部 分 ∶ 风 轮 、 机 舱 和 塔 杆 。 大 型 与 电 网 接 驳 的 风 力 发 电 机 的 最 常 见 的 结构 , 是 横 轴 式 三 叶 片 风 轮 , 并 安 装 在 直 立 管 状 塔 杆 上 。
( 上 图 来 源 : Danish Wind Industry Association )
风 轮 叶 片 由 复 合 材 料 制 造 。 不 像 小 型 风 力 发 电 机 , 大 型 风 电 机 的 风 轮 转 动 相 当 慢 。 比 较 简 单 的 风 力 发 电 机 是 采 用 固 定 速 度 的 。 通 常 采 用 两 个 不 同 的 速 度 - 在 弱 风 下 用 低 速 和 在 强 风 下 用 高 速 。 这 些 定 速 风 电 机 的 感 应 式 异 步 发 电 机 能 够 直 接 发 产 生 电 网 频 率 的 交 流 电 。
比 较 新 型 的 设 计 一 般 是 可 变 速 的 ( 比 如 Vestas 公 司 的 V52-850 千 瓦 风 电 机 转 速 为 每 分 钟 14 转 到 每 分 钟 31.4 转 ) 。 利 用 可 变 速 操 作 , 风 轮 的 空 气 动 力 效 率 可 以 得 到 改 善 , 从 而 提 取 更 多 的 能 量 , 而 且 在 弱 风 情 况 下 噪 音 更 低 。 因 此 , 变 速 的 风 电 机 设 计 比 起 定 速 风 电 机 , 越 来 越 受 欢 迎 。
机 舱 上 安 装 的 感 测 器 探 测 风 向 , 透 过 转 向 机 械 装 置 令 机 舱 和 风 轮 自 动 转 向 , 面 向 来 风 。
风 轮 的 旋 转 运 动 通 过 齿 轮 变 速 箱 传 送 到 机 舱 内 的 发 电 机 ( 如 果 没 有 齿 轮 变 速 箱 则 直 接 传 送 到 发 电 机 ) 。 在 风 电 工 业 中 , 配 有 变 速 箱 的 风 力 发 电 机 是 很 普 遍 的 。 不 过 , 为 风 电 机 而 设 计 的 多 极 直 接 驱 动 式 发 电 机 , 也 有 显 著 的 发 展 。
设 於 塔 底 的 变 压 器 ( 或 者 有 些 设 於 机 舱 内 ) 可 提 升 发 电 机 的 电 压 到 配 电 网 电 压 ( 香 港 的 情 况 为 11 千 伏 ) 。
所 有 风 力 发 电 机 的 功 率 输 出 是 随 著 风 力 而 变 的 。 强 风 下 最 常 见 的 两 种 限 制 功 率 输 出 的 方 法 ( 从 而 限 制 风 轮 所 承 受 压 力 ) 是 失 速 调 节 和 斜 角 调 节 。 使 用 失 速 调 节 的 风 电 机 , 超 过 额 定 风 速 的 强 风 会 导 致 通 过 业 片 的 气 流 产 生 扰 流 , 令 风 轮 失 速 。 当 风 力 过 强 时 , 业 片 尾 部 制 动 装 置 会 动 作 , 令 风 轮 刹 车 。 使 用 斜 角 调 节 的 风 电 机 , 每 片 叶 片 能 够 以 纵 向 为 轴 而 旋 转 , 叶 片 角 度 随 著 风 速 不 同 而 转 变 , 从 而 改 变 风 轮 的 空 气 动 力 性 能 。 当 风 力 过 强 时 , 叶 片 转 动 至 迎 气 边 缘 面 向 来 风 , 从 而 令 风 轮 刹 车 。
叶 片 中 嵌 入 了 避 雷 条 , 当 叶 片 遭 到 雷 击 时 , 可 将 闪 电 中 的 电 流 引 导 到 地 下 去 。
上 图 : Vestas V52-850 千 瓦 风 力 发 电 机 机 舱 内 的 组 成 部 份
( 来 源 : Vestas )
3) 风 力 发 电 机 的 功 率 曲 线
在 风 速 很 低 的 时 候 , 风 电 机 风 轮 会 保 持 不 动 。 当 到 达 切 入 风 速 时 ( 通 常 每 秒 3 到 4 米 ) , 风 轮 开 始 旋 转 并 牵 引 发 电 机 开 始 发 电 。 随 著 风 力 越 来 越 强 , 输 出 功 率 会 增 加 。 当 风 速 达 到 额 定 风 速 时 , 风 电 机 会 输 出 其 额 定 功 率 。 之 後 输 出 功 率 会 保 留 大 致 不 变 。 当 风 速 进 一 步 增 加 , 达 到 切 出 风 速 的 时 候 , 风 电 机 会 刹 车 , 不 再 输 出 功 率 , 为 免 受 损 。
风 力 发 电 机 的 性 能 可 以 用 功 率 曲 线 来 表 达 。 功 率 曲 线 是 用 作 显 示 在 不 同 风 速 下 ( 切 入 风 速 到 切 出 风 速 ) 风 电 机 的 输 出 功 率 。
上 图 : V52-850 千 瓦 风 力 发 电 机 於 不 同 噪 音 级 别 下 的 工 作 曲 线 ( 噪 音 级 别 可 透 过 改 变 风 力 发 电 机 的 转 速 而 改 变 )
( 来 源 : Vestas )
为 特 定 地 点 选 取 合 适 的 风 力 发 电 机 , 一 般 方 法 是 采 用 风 电 机 的 功 率 曲 线 和 该 地 点 的 风 力 资 料 以 进 行 产 电 量 估 算 。 。 ( 在 大 型 风 力 发 电 机 - 资 源 潜 力 部 分 有 更 多 相 关 资 讯 )
4) 风 力 发 电 机 的 额 定 输 出 功 率
风 力 发 电 机 的 额 定 输 出 功 率 是 配 合 特 定 的 额 定 风 速 设 而 定 的 。 由 於 能 量 与 风 速 的 立 方 成 正 比 , 因 此 , 风 力 发 电 机 的 功 率 会 随 风 速 变 化 会 很 大 。
同 样 构 造 和 风 轮 直 径 的 风 电 机 可 以 配 以 不 同 大 小 的 发 电 机 。 因 此 两 座 同 样 构 造 和 风 轮 直 径 的 风 电 机 可 能 有 相 当 不 同 的 额 定 输 出 功 率 值 , 这 取 决 於 它 的 设 计 是 配 合 强 风 地 带 ( 配 较 大 型 发 电 机 ) 或 弱 风 地 带 ( 配 较 小 型 发 电 机 ) 。
5) 风 力 发 电 机 的 主 要 种 类
横 轴 风 力 发 电 机 和 竖 轴 风 力 发 电 机
根 据 叶 片 固 定 轴 的 方 位 , 风 力 发 电 机 可 以 分 为 横 轴 和 竖 轴 两 类 。 横 轴 式 风 电 机 工 作 时 转 轴 方 向 与 风 向 一 致 , 竖 轴 式 风 电 机 转 轴 方 向 与 风 向 成 直 角 。
横 轴 式 风 电 机 通 常 需 要 不 停 地 变 向 以 保 持 与 风 向 一 致 。 而 竖 轴 式 风 电 机 则 不 必 如 此 , 因 为 它 可 以 收 集 不 同 来 向 的 风 能 。
横 轴 式 风 电 机 在 世 界 上 占 主 流 位 置 。
逆 风 风 力 发 电 机 和 顺 风 风 力 发 电 机
逆 风 风 电 机 是 一 种 风 轮 面 向 来 风 的 横 轴 式 风 电 机 。 而 对 於 顺 风 风 电 机 , 来 风 是 从 风 轮 的 背 後 吹 来 。 大 多 数 的 风 力 发 电 机 是 逆 风 式 的 。
单 叶 片 、 双 叶 片 和 三 叶 片 风 力 发 电 机
叶 片 的 数 目 由 很 多 因 素 决 定 , 其 中 包 括 空 气 动 力 效 率 、 复 杂 度 、 成 本 、 噪 音 、 美 学 要 求 等 等 。 大 型 风 力 发 电 机 可 由 1 、 2 或 者 3 片 叶 片 构 成 。
叶 片 较 少 的 风 力 发 电 机 通 常 需 要 更 高 的 转 速 以 提 取 风 中 的 能 量 , 因 此 噪 音 比 较 大 。 而 如 果 叶 片 太 多 , 它 们 之 间 会 相 互 作 用 而 降 低 系 统 效 率 。 目 前 3 叶 片 风 电 机 是 主 流 。 从 美 学 角 度 上 看 , 3 叶 片 的 风 电 机 看 上 去 较 为 平 衡 和 美 观 。
6) 岸 上 风 电 场
岸 上 风 电 系 统 可 以 是 仅 有 一 台 风 电 机 , 或 者 由 多 台 风 电 机 器 线 性 排 列 或 方 阵 排 列 形 成 风 电 场 。
风 电 场 的 风 力 发 电 机 相 互 之 间 需 要 有 足 够 的 距 离 , 以 免 造 成 过 强 的 湍 流 相 互 影 响 , 或 由 於 " 尾 流 效 应 " 而 严 重 减 低 後 排 风 电 机 的 功 率 输 出 。
为 了 配 合 运 送 大 型 设 备 ( 特 别 是 叶 片 ) 到 安 装 现 场 , 须 要 建 设 道 路 。 另 外 亦 须 要 建 设 输 电 线 , 把 风 电 场 的 输 出 连 接 到 电 网 接 入 点 。
7) 世 界 各 地 的 风 力 发 电 装 置
到 2005 年 底 , 世 界 总 风 力 发 电 装 机 容 量 达 58 千 兆 瓦 。 德 国 、 西 班 牙 、 美 国 、 印 度 和 丹 麦 是 以 风 力 发 电 装 机 容 量 来 算 前 几 名 的 国 家 。 在 丹 麦 , 风 能 发 电 提 供 该 国 总 用 电 量 的 20 % 。 香 港 第 一 台 大 型 风 力 发 电 机 是 由 香 港 电 灯 集 团 於 2005 年 末 安 装 在 南 丫 岛 上 , 并 於 2006 年 二 月 正 式 启 用 。 该 机 额 定 输 出 功 率 为 800 千 瓦 。
简单地说:通过叶片,将空气的水平势能转化为旋转的势能,直接或通过变速箱拖动发电机旋转切割磁力线产生电动势发电
风力机工作原理
风流过叶片产生升力,该升力对根部产生旋转的弯矩。使得叶片转动。
工作效率,极限效率是59.3%
现在工作的风力机效率大多在45%左右
发电效率,由贝茨理论可知,计及正常损耗,风力发电效率不可能超过 40%
风力发电机工作原理
发电机的工作原理是什么?
发电机的工作原理是电磁感应原理。具体是通过电磁场转换机械能转化为电能的过程。发电机主要由转子和定子两部分组成。转子部分是一个旋转的电磁铁,它在磁场的作用下会产生一个力矩旋转;定子部分是一个带有电线圈的静止铁芯,用于产生感应电动势。当转子在外部动力驱动下旋转时,转子上的磁铁和定子上的线圈...
发电机的基本工作原理是什么?
发电机的基本工作原理是电磁感应原理。发电机是一种将机械能转化为电能的设备,其核心部件是转子和定子。当发电机运行时,其基本工作原理可以概括为以下几个步骤:一、机械能驱动转子旋转 发电机中的转子通过外部动力源驱动而旋转。这种旋转运动是发电机工作的起始动力。二、电磁感应产生电流 当转子在磁场中...
发电机的工作原理是什么
发电机的工作原理是电磁感应原理。发电机的工作原理主要基于电磁感应原理。当发电机运行时,机械能会驱动转子旋转,从而带动磁场旋转。这个旋转的磁场与定子中的导线相互作用,使得导线内的自由电子受到力的作用移动,进而产生电流。这一过程实际上就是电磁感应的应用。具体细节可分为以下几步:电磁感应现象 ...
发电机的工作原理是什么 发电机是怎么发电的
发电机的工作原理是在水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械的驱动下,将水流、气流、燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机,再由发电机转换为电能。发电机主要分为两种,分别是直流发电机和交流发电机。发电机的工作原理是什么 发电机是指将其他形式的能源转换成电能的机械设备,主要在...
发电机的工作原理是什么
发电机的工作原理是利用电磁感应原理产生电力。电磁感应原理是发电机工作的核心。当发电机内的转子开始旋转时,它与定子之间的磁场会产生相对运动。这种运动导致磁场发生变化,进而在定子上的导线中产生感应电流。具体来说,转子中的线圈在磁场中旋转时,线圈中的自由电子受到磁场的影响而定向移动,形成了电流...
发电机的工作原理是什么
发电机的工作原理是利用电磁感应原理产生电力。电磁感应原理是发电机工作的核心。当发电机转动时,线圈在磁场中切割磁力线,从而在线圈中产生感应电动势,即产生电流。这一过程的关键在于磁场和线圈的相对运动。具体来说,发电机内有一个固定的磁场,通常由永磁体或电磁铁产生。还有一个转动的部分,如转子或...
发电机的工作的原理是什么
发电机的工作原理发电机是一种利用动能转换成电能的机械电子设备,它是由一个旋转的磁芯和一个静止的绕组组成的。当磁芯旋转时,它会在绕组中产生一个旋转的磁场,这个磁场会在绕组中产生电动势,从而产生电流。发电机的工作原理是:当磁芯旋转时,它会在绕组中产生一个旋转的磁场,这个磁场会在绕组中...
简述发电机的基本原理
发电机的基本原理是通过机械能转化为电能。其核心构件包括转子和定子,通过转动产生磁场变化,进而生成电流。一、发电机工作原理概述 发电机主要依靠电磁感应原理工作。其中,转子和定子是关键部件。当机械力驱动转子旋转时,转子上的磁铁会相对于定子上的线圈运动,引发磁场变化。这种变化导致磁场中的电磁能量...
发电机的工作原理是什么?
1、发电机的基本工作原理基于电磁感应定律和电磁力定律,用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路,以产生电磁功率,达到能量转换的目的。发电机是指将其他形式的能源转换成电能的机械设备,它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动,将水流,气流,燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化...
发电机的基本工作原理是什么?
发电机的基本原理就是物理课所讲的“磁力生电”。发电机的基本元件就是原动机、转子、定子:原动机提供能量驱动转子旋转,转子利用剩磁或者直流电产生磁场,当转子旋转时对于定子就形成相对的切割磁力线运动,在定子上就会产生一个感应电势,如果定子和外部回路接通形成闭合回路就有电流输出给负荷了。2.组成...
漳背显克:[答案] 风的动能转化成发电机转子的动能,转子的动能又转化成电能.
宁洱哈尼族彝族自治县13883959181: 风力发电机是怎样工作的?在工作过程中能量是怎样转化的? - ?
漳背显克:[答案] 把风的动能转变成机械动能,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...
宁洱哈尼族彝族自治县13883959181: 风力发电是怎么工作的 - ?
漳背显克: 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...
宁洱哈尼族彝族自治县13883959181: 风力发电应用的什么原理? - ?
漳背显克: 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,大约是每秒三公尺的微风速度(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...
宁洱哈尼族彝族自治县13883959181: 风力发电机的原理是什么 - ?
漳背显克: 空气流动 使风轮转动 风轮带动发电的转子转动 发动机运行 产生电能 从而使风能转化为电能
宁洱哈尼族彝族自治县13883959181: 风力发电机一天发多少度电 ?
漳背显克: 1、要看单机容量(850KW、1MW、1.5MW、2MW、3MW等发出的电能肯定不同),而且也要看风力运行情况.1度电=1KW·h,按此计算850KW的风力发电机每天可...
宁洱哈尼族彝族自治县13883959181: 风力发电的原理? - ?
漳背显克: 风力发电的原理,简单来说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,大约是每秒三公尺的微风速度(微风的程度),便可以开始发电.
宁洱哈尼族彝族自治县13883959181: 风车发电的原理? - ?
漳背显克: 风车发电,又叫风力发电,其原理如下: 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...
宁洱哈尼族彝族自治县13883959181: 风力发电是什么原理?
漳背显克: 把风能转变为电能是风能利用中最基本的一种方式.风力发电机一般有风轮、发电机(包括装置)、调向器(尾翼)、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成.风力发电机的工作原理比较简单,风轮在风力的作用下旋转,它把风的动能转变...