风力发电基础知识介绍

风力发电原理介绍1在这里你将了解:风是如何形成的风力发电机是如何发电的2风风的产生风和对流层从地理上看风的形成3男孩说的对吗？对or错他是对的，风的形成是由于太阳对地球的加热造成的4米勒正站在两个温度不同的房间的门口，你能看出来哪个房间的温度更高吗？看看烛火，它在朝哪个方向偏？当热空气进入温度低的房间，气流上升，在门口形成了风5热空气较轻，因此上升，这就把低处的空间留给了冷空气，所以在门口低处，气流又从温度低的房间进入温度高的房间6由于两个屋子之间有温度差，风就一直在吹。壁炉里的火加热了空气。热空气流动到温度低的房间的顶部，最终通过窗户释放到外界。太阳不断地加热着地球，壁炉就扮演着太阳的角色71)当太阳光照射到地球表面时，地球被加热，而陆地和海洋的吸收热量的速度是不同的，陆地吸收热的速度比海洋快的多。82)陆地上方的空气加热速度要比海洋上更快，陆地上的热空气上升到一定高度后冷却。93)这些冷空气逐渐向海洋上方移动，在这里下沉并被向陆地方向挤压，空气向陆地的流动就是我们所说的风。因此，说明太阳是风形成的原因所在！101)大气层包围着地球它的内部被称为对流层，距地球表面约十公里，完全由空气组成。接近地球表面有大量的空气，而8－10公里以外空气却很稀薄，2)风的形成主要有两个原因：地球总是绕着自己的中心轴旋转。当地球转动时，对流层静止不动，这样你的脑海里可能就会有风形成的概念了。而事实上在地表数百米的空气层是跟着地球旋转的。因此如果所有空气（包括地表附近）完全静止，那么风就不能形成了。111213这就是风机如何发电的：风的作用使叶轮旋转叶轮转动带动发电机，发电机产生电。14从风中得到能量的3个主要因素：•风速•通过叶轮的风的横截面•叶轮的转换效率、输电系统、发电机或泵•对风能进行百分之百的利用是不实际的，这是因为在利用过程中要中断风流，而这一中断将会阻止一部分空气通过叶轮。•因此，一台效率100%的航空发电机最多只能将风中可利用能量的60%转换为机械能。•设计良好的叶片能够引出理论最高限度的70%，但转换机构的损耗会将总效率减少到35%或以下。15VrVoutWindSpeed风速AvailableWindPower可用风力RatedPower额定功率RatedOutputatRatedWindSpeedatHubHeight毂高度处额定风速下的额定输出Cut-outorFurlingVelocity截止或收叶速度Cut-inspeed启动速度启动速度额定风速收叶速度3M/S11~12M/S25M/S16AeroTurbine航空涡轮机Gearing齿轮装置Coupling联轴器ElectricGenerator发电机Controller控制器WindSpeed&Direction风速与方向YawControl&PitchControl偏航控制与变桨控制Speed&Torque速度与扭矩Speed速度Wind风OutputPower输出功率17塔架机舱变压器叶轮基础装配一台风机一台风机是由许多部分组成的？18叶轮叶轮被固定在大的主轴上，大的叶轮有三个吸收风能的叶片，风速足够大时就会驱动叶轮旋转！19主轴主轴与齿轮箱连接，叶轮用很大的力使主轴转动，因此轴必须足够粗！20齿轮箱大型风机叶轮的旋转速度在每分钟27转左右，而发电机的转速要在每分钟1500转左右，因此就需要齿轮箱将27转变为1500转！21偏航轴承巨大的齿轮环被安装在机舱下部、塔架内，齿轮环与偏航电机的齿相啮合，这样使机舱偏航对风！22发电机发电机达到转速后开始产生电流，电流通过粗的电缆被送到塔架下面的控制柜.23散热器发电机高速转动时产生热量，如果温度过高发电机就会损坏，这就是为什么电机需要冷却。在一些风机上采用水冷却方式，而散热器再将水冷却！24偏航电机偏航电机将机舱转动以便使叶轮准确对风！25控制器风机控制柜里是一台能控制风机各个部件的计算机，计算机使机舱偏航对风，当风速仪所测风速达到某一定值时，计算机发出命令释放刹车，使叶轮转动！26风速仪风速仪用来测量风的速度，它随时将风速信息传到控制器中！27风向标风向标随风向摆动，它告诉控制系统风的方向，计算机启动偏航电机偏航使叶轮对风28机械刹车当风机需要被维修或例行维护时，机械刹车将叶轮锁定，使其停止转动！29高速轴高速轴将来自齿轮箱的能量传递到发电机，此时高速轴的转速达到每分钟1500转!31它是如何工作的？机舱叶轮齿轮箱发电机塔架风建造地点组装一台风机32机舱主轴齿轮箱高速轴机械刹车发电机控制器风速仪风向标偏航电机偏航轴承冷却系统叶轮33主轴叶轮被用螺栓固定在风机主轴上一个强度很高的圆盘上。牢固、稳定的固定叶轮是非常重要的。齿轮箱则被固定在主轴的另一头。34齿轮箱这是机舱内部的齿轮箱。齿轮箱内部有齿轮传动装置，内部齿轮之间相互啮合，叶轮转速在每分钟27转左右主轴缓慢旋转将很大的力传送到齿轮箱里，通过传动装置将转速成比例提高。35高速轴发电机与齿轮箱是通过高速轴连接的.高速轴转动并不像主轴那样具有很大的扭矩这就是高速轴看起来很细的原因。另一方面，高速轴转速很快，达到了每分钟1500转36机械刹车一台风机有两套原理不同的刹车：一套是叶尖刹车，另一套是机械刹车。机械刹车被安装在发电机与齿轮箱之间的高速轴上，它仅仅被用在当叶尖刹车失败需要紧急刹车时。当风机在停机检修状态时，启动刹车装置以避免因风机突然启动而产生的隐患。37发电机发电机用来产生电流。其内部有一些磁铁和大量的铜线，发电机转动就产生了电流。如果你的自行车上有发电机照明装置，你就已经了解了发电机了，当自行车轮转动时发电机被带动，产生电流供照明。38控制器风机始终被若干台计算机控制着，这些计算机被统称为风机控制系统。其中主要的计算机被称为控制器风机的每一个变化都被控制器监控着，并做一定的处理。控制器时时刻刻监视着风机应该或不应该发生的情况。39风速仪风速仪时刻测量着风的速度并通知风机控制器在风速足够时将风机偏航到对风状态，并启动。时刻监测风速是十分重要的，因为在风速过大时会使风机毁坏。这就是为什么当风速超过25m/s时，风机就会自动停下来。而当风速降低时，风速仪会告诉控制器可以开机启动了。40风向标风向标总是跟随着风的方向摆动。在风向标的底部有一个很小的传感器，它可以将风向信号传给控制器，而控制器会告诉偏航电机将机舱转向叶轮对风位置。41偏航电机叶轮应该总是处在对风状态，以便于风轮最大程度的吸收风能。偏航电机就起转动机舱使叶轮对风的作用。在偏航电机下面有一个小齿轮，用来与偏航轴承啮合！42偏航轴承偏航电机下面有一个小齿轮与一个巨大的齿轮啮合！这个大齿轮叫做偏航轴承。一些小的偏航轴承是外齿，而大型风机的偏航轴承一般是内齿！相同的是它们都要依靠偏航电机的驱动。43冷却系统（散热器）发电机转动时会产生大量的热，热量如果不能及时排除就会对发电机有损坏，因此非常有必要在发电机因为过热而要停止前将温度降下来。有两种冷却方式－－通过空气或水使用水冷却时，冷水被导入一些隐藏在发电机外壳里的管中。水冷却了发电机加热了水本身。而散热器（如上图）又利用周围环境的空气再将水冷却。由此，水在冷却发电机的同时不断的循环，温度却不会升高。44叶轮所有大型风机都有三个叶片组成叶轮与主轴连接，而每种风机的叶片长度都有所不同。比如有一种风机叶片长度为25-27米，而最大的风机的叶片达到39米，这相当于一懂13层的高楼！46叶轮大气压力滑翔机升力叶片鸟和升力叶片制造厂偏航47大气压力当你在坐过山车时，是否感觉到在你的耳朵里有压力？在不同的空气压力下你又有什么感觉呢？当空气压力迅速改变时，耳膜会随之凹进或凸起一些。海拔高的时候大气压下降，耳膜会凸起一些，因为你头部内的空气压力要与外界保持一致；48滑翔机滑翔机能够在没有任何引擎的情况下飞翔，并且能够滑翔很长的一段距离。49滑翔机滑翔机的重量使它向地面下落，这是地心引力造成的，然而滑翔机并没有掉下来，却能维持数小时的飞翔！50滑翔机当地心引力使滑翔机下落时，必须有一个相反的力使它留在空中，这个力应该和地心引力足够大－否则滑翔机就坠落了！51滑翔机飞行的时候有两种力在同时作用：地心引力和升力。滑翔机的两翼在空中移动时能够产生和地心引力同样大小的升力！52当你往空中扔一块石头时，石头不会很长时间以后才落地，但是滑翔机却能在空中呆数小时－－为什么会这样呢？53如果你把滑翔机的机翼一切两半，你可以看见截面上面是曲线的，而下面几乎是直线的当机翼在空中移动时，通过曲线面的气流速度要明显快于下表面的气流速度，因此机翼下方的气压大于上方的气压，由此形成的压力差将滑翔机升起！54你已经知道了低气压能够将物体升起。接下来我们来看看吸尘器，吸尘器在工作时吸管中形成了一个低气压带，这个低压将灰尘和脏物从地板上升起，吸入管中。如果把管口贴着你的皮肤，就会在你的皮肤上留下一个红色的印记。55升力滑翔机的机翼上的升力在地心引力作用的同时将滑翔机浮在空中风机叶片就是应用了这种原理。56叶片风机的叶片就象滑翔机的机翼，风机就是用叶片的升力使叶轮旋转。575859鸟的升力鸟类在数千年前就发现了这个物理现象，它们不会被地心引力束缚在地面。它们的翅膀非常适合产生升力。6061叶片需要有足够的强度，这就是为什么每个叶片中间都有一个梁，这个梁和叶片一样长，它是在一个温度极高的袋子里用玻璃纤维浇铸而成的！62这两个壳在另一个叶片生产厂浇铸。它们随后被组合成叶片。工人们用塑料制品附在玻璃纤维上保护它，制造叶片时精确度是很重要的。63这两个外壳被放在一个模具中，然后封闭。壳在烤炉中加热以便玻璃纤维变得足够硬。64在外壳装配在一起之前，需要将大梁安装进去。在大梁的上面你可以看见粘合层。65叶片的表面必须足够的光滑以避免风经过其表面时速度降下来。这就是为什么任何一处小的滑伤都要用玻璃纤维填充。最后，叶片被放置在地上抛光，直到表面足够光滑。66偏航风机的控制系统总是保证叶轮处于对风的状态。机舱顶部的风向标告诉控制系统风的方向，当风变向时，机舱和叶轮的方向也随之改变。叶轮应该总是处于对风状态以便于吸收最大的风能。68齿轮齿轮工作原理风机的齿轮69当你骑车上坡时会怎样做：用一档，二档还是最高档？70一档这是很明智的做法，这样很容易上坡。尽管你蹬的很快，爬坡速度很慢，但是这样却一点不费劲。71二档哦，二档爬坡的确有些费力，虽然你不必像一档那样蹬的很快，却很吃力。72最高档嘿，你是在上坡不是在下坡！事实上就不可能用最高档爬坡。也就只有专业自行车运动员会用最高档爬坡！73骑自行车爬上坡的确要费一些功夫。当女孩用最高档爬坡时更困难。另一方面，她没有必要在到达坡顶前蹬的那么快。74变到第一档时，上坡就容易多了，而这时女孩就需要蹬的快些了。75不论女孩选择的是哪个档位，上坡所要做的总功是一样的。当车的负载很重时，缓慢蹬车是很有必要的。当负载很轻时，蹬车速度就要加快了－－－－那这与风机有什么关系呢？76这里有一个叶轮、一个齿轮箱、一台发电机，当叶轮旋转时，主轴上的负载很大，叶轮转速大概在每分钟27转左右，这就相当于女孩使用最高档。77而发电机必须转地足够快才能发电，这就是风机为什么有个齿轮箱－－就像自行车一样。78齿轮箱将每分钟27转的转速变到1500转每分钟.主轴以每分钟27转的速度旋转,而此时告诉轴速度已经达到1500转每分钟.80发电机发电机发电机的电路电的感应现象81发电机你见过自行车上的照明灯吗?它不用携带电池，只要车轮转动，灯就可以一直亮着82发电机产生电流，通过电线将电送到灯里。你可能会问：为什么只有一根电线就构成了整个回路？其实自行车的框架就是另一根导线，只不过在一般电路中很少件而已！83其实，这个发电机的原理很简单：底部是一个用铜线绕成的一个线圈，线圈上面是一个磁铁。磁铁和铜线圈是不接触的。一根轴将车轮和磁铁连动起来，当车轮转动时，磁铁也跟着转动。当磁铁在线圈上方转动时，线圈里产生了电流，这被称为电磁感应现象事实上，风机的发电机和我们刚才说的发电机原理是一样的，它的内部也是磁铁和线圈的相对运动。85电