風力發電小知識
風能作為一種清潔的可再生能源,越來越受到世界各國的重視。其蘊量巨大,全球的風能約為2.74×10^9MW,其中可利用的風能為2×10^7MW,比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍。風很早就被人們利用--主要是通過風車來抽水、磨面等,而現在,人們感興趣的是如何利用風來發電。
利用風力發電的嘗試,早在二十世紀初就已經開始了。三十年代,丹麥、瑞典、蘇聯和美國應用航空工業的旋翼技術,成功地研制了一些小型風力發電裝置。這種小型風力發電機,廣泛在多風的海島和偏僻的鄉村使用,它所獲得的電力成本比小型內燃機的發電成本低得多。不過,當時的發電量較低,大都在5千瓦以下。
把風的動能轉變成機械動能,再把機械能轉化為電力動能,這就是風力發電。風力發電的原理,是利用風力帶動風車葉片旋轉,再透過增速機將旋轉的速度提升,來促使發電機發電。風力發電所需要的裝置,稱作風力發電機組。這種風力發電機組,大體上可分風輪(包括尾舵)、發電機和鐵塔三部分。(大型風力發電站基本上沒有尾舵,一般只有小型(包括家用型)才會擁有尾舵)
風輪是把風的動能轉變為機械能的重要部件,它由兩只(或更多只)螺旋槳形的葉輪組成。當風吹向漿葉時,槳葉上產生氣動力驅動風輪轉動。由于風輪的轉速比較低,而且風力的大小和方向經常變化著,這又使轉速不穩定;所以,在帶動發電機之前,還必須附加一個把轉速提高到發電機額定轉速的齒輪變速箱,再加一個調速機構使轉速保持穩定,然后再聯接到發電機上。為保持風輪始終對準風向以獲得最大的功率,還需在風輪的后面裝一個類似風向標的尾舵。
一般說來,三級風就有利用的價值。但從經濟合理的角度出發,風速大于每秒4米才適宜于發電。據測定,一臺55千瓦的風力發電機組,當風速為每秒9.5米時,機組的輸出功率為55千瓦;當風速每秒8米時,功率為38千瓦;風速每秒6米時,只有16千瓦;而風速每秒5米時,僅為9.5千瓦。可見風力愈大,經濟效益也愈大。在我國,現在已有不少成功的中、小型風力發電裝置在運轉。盡管風力發電機多種多樣,但歸納起來可分為兩類:①水平軸風力發電機,風輪的旋轉軸與風向平行;②垂直軸風力發電機,風輪的旋轉軸垂直于地面或者氣流方向。
水平軸風力發電機
水平軸風力發電機科分為升力型和阻力型兩類。升力型風力發電機旋轉速度快,阻力型旋轉速度慢。對于風力發電,多采用升力型水平軸風力發電機。大多數水平軸風力發電機具有對風裝置,能隨風向改變而轉動。對于小型風力發電機,這種對風裝置采用尾舵,而對于大型的風力發電機,則利用風向傳感元件以及伺服電機組成的傳動機構。
垂直軸風力發電機
垂直軸風力發電機在風向改變的時候無需對風,在這點上相對于水平軸風力發電機是一大優勢,它不僅使結構設計簡化,而且也減少了風輪對風時的陀螺力。
結構與功能
A:風葉【捕捉風力,轉動低速軸】;
B:低速軸【隨旋翼轉動,用齒輪裝置轉動高速軸】;
C:高速軸【通過齒輪增強轉速(1000-1800轉/分鐘)傳遞到發電機】;
D:風速計【測量風速并發射數據到控制器】;
E:風向標【測量風力的方向以及將數據傳遞到偏航驅動器】;
F:控制器【開啟或停止風力發電機,讓它只在理想風速下運作(一般為8-55英里/小時)】;
G:發電機【運用高速軸的動力和電磁感應發電】;
H:偏航驅動【根據風向標的數據,更正風力發電機的定位】;
I:剎車【在危機情況或過高速風力時制動旋翼】。
隨著全球經濟的發展,風能市場也迅速發展起來。中國風力等新能源發電行業的發展前景十分廣闊,預計未來很長一段時間都將保持高速發展,同時盈利能力也將隨著技術的逐漸成熟穩步提升。風電發展到目前階段,其性價比正在形成與煤電、水電的競爭優勢。風電的優勢在于:能力每增加一倍,成本就下降15%,近幾年世界風電增長一直保持在30%以上。隨著中國風電裝機的國產化和發電的規模化,風電成本可望再降。因此風電開始成為越來越多投資者的逐金之地。

責任編輯:小琴