風力發(fā)電機是一種將風的動能轉(zhuǎn)換為電能的系統(tǒng)。它主要由風輪、發(fā)電機、調(diào)向器(尾翼)、塔架、限速安全機構(gòu)和儲能裝置等構(gòu)件組成。風力發(fā)電機是一種環(huán)保、經(jīng)濟的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備,對于實現(xiàn)能源多元化和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
風力發(fā)電機的工作原理比較簡單,風輪在風力的作用下旋轉(zhuǎn),把風的動能轉(zhuǎn)變?yōu)轱L輪軸的機械能,發(fā)電機在風輪軸的帶動下旋轉(zhuǎn)發(fā)電。廣義地說,風能也是太陽能,所以也可以說風力發(fā)電機是一種以太陽為熱源,以大氣為工作介質(zhì)的熱能利用發(fā)電機。
首先,風力發(fā)電機組中的風輪是通過捕獲風能并將其轉(zhuǎn)換為機械能。風輪葉片在風的吹拂下旋轉(zhuǎn),將風能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的動能。這個過程是在風力發(fā)電機組的機械部分完成的。
然后,這個機械能被傳遞到發(fā)電機部分,將機械能轉(zhuǎn)換為電能。發(fā)電機的主要部件是轉(zhuǎn)子和定子,轉(zhuǎn)子由風輪驅(qū)動,定子則產(chǎn)生電流。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時,磁場與定子中的線圈相互作用,產(chǎn)生電流,即電能。這個過程是由發(fā)電機完成的,產(chǎn)生的電能通過變壓器升壓后,可以輸送到電網(wǎng)供人們使用。
傳統(tǒng)的風力發(fā)電機組如您所說,通過主軸、齒輪箱、彈性聯(lián)軸節(jié)和制動器等傳動裝置,將風輪的較低轉(zhuǎn)速增加到發(fā)電機需要的轉(zhuǎn)速。這種傳動方式在風力發(fā)電領(lǐng)域被廣泛使用,但近年來也出現(xiàn)了一些新型的風力發(fā)電機組結(jié)構(gòu),如直驅(qū)式和半直驅(qū)式等,這些結(jié)構(gòu)中省去了增速齒輪箱,直接由風輪驅(qū)動發(fā)電機,進一步提高了能量轉(zhuǎn)換效率。
風力發(fā)電機根據(jù)不同的分類方式有不同的類型。比如,根據(jù)風輪軸與地面的相對位置,可以分為水平軸式風力機和垂直軸(立軸)式風力機;根據(jù)葉片工作原理,可以分為升力型風力機和阻力型風力機;根據(jù)風力機的用途,可以分為風力發(fā)電機、風力提水機、風力鍘草機、風力脫谷機等;根據(jù)風輪葉片的葉尖線速度與吹來的風速之比的大小,可以分為高速風力機(比值大于3)和低速風力機(比值小于3),以及中速風力機(比值2~5);根據(jù)風機容量大小,通常將國際上的風力機組分為小型(100KW以下)、中型(100~1000KW)和大型(100KW以上)3種,我國則分成微型(1KW以下)、小型(1~10KW)、中型(10~100KW)和大型(100KW以上)4種;根據(jù)風輪的葉片數(shù)量,可以分為單葉片、雙葉片、三葉片、四葉片及多葉片式風力機;根據(jù)運行方式,可以分為離網(wǎng)型風力發(fā)電機和并網(wǎng)型風力發(fā)電機。
風力發(fā)電根據(jù)地理位置的不同,可以分為陸上風電和海上風電。陸上風電是指在陸地上的風力發(fā)電,通常建設(shè)在風能資源豐富、風向穩(wěn)定、交通方便的地區(qū)。在陸上風電場中,風力發(fā)電機組通常安裝在山頂、草原、沙漠等地方,利用自然風力進行發(fā)電。
海上風電則是指在海洋上的風力發(fā)電,通常建設(shè)在海岸線附近的海域中。與陸上風電相比,海上風電具有更為豐富的風能資源,風向穩(wěn)定,受地形和建筑物的影響較小,因此具有更高的發(fā)電效率和更大的開發(fā)潛力。在中國的黃巖布袋山、臨海括蒼山、溫嶺東海塘等地區(qū),已經(jīng)建設(shè)了大量的陸上風電場,利用當?shù)刎S富的風能資源進行發(fā)電。而在椒江大陳島風電場和玉環(huán)科嘯風電場等地區(qū),則建設(shè)了海上風電場,利用海洋上的風能進行發(fā)電。
兩者在建設(shè)成本上有很大差異。一般來說海上風電場是陸上風電場建設(shè)成本的兩倍,運維費用是陸上風電場的2-4倍。這主要是由于海上施工條件差,施工難度高,再加上海上風電遠離岸邊,臺風、風暴潮等不利海況也會對風電運維造成較大影響。