风力发电机的转速为什么都这么慢,发电机转速是多少

风能属于一种可再生清洁能源 , 随着人类对能源需求的不断增大 , 人类逐渐开始加大对风能的利用 , 在广阔的草原中 , 山坡上甚至是海面上 , 经常能够见到风力发电机的身影 , 但我们看见那些旋转的发电机可能都会有这样的疑问 , 风力发电机的叶片为什么都转得这么慢 , 这样能发上电嘛?


风力发电机的转速为什么都这么慢,发电机转速是多少

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【风力发电机的转速为什么都这么慢,发电机转速是多少】之所以将风力发电机的转速调整至我们所见到的那样 , 其实是综合了很多因素进行考虑的 。
风力发电机叶片质量较大 , 转动起来比较费力
很多人以为风力发电机就像是一个小小的风车 , 没有多大 , 特别是我们从远处看见一大片的风力发电机时 , 更是有这种感觉 , 但事实并不是这样 , 风力发电机完全可以称得上是“庞然大物” , 风力发电机的一个叶片就长达60米 , 要知道一架中型客机的翼展也就30米左右 , 普通的大型客机翼展才能勉强达到60米 , 如此巨大的叶片虽然使用的是高强度低密度的材料 , 但质量也不会太小 , 通常有十几吨重 , 而三个这么大质量的叶片要转起来自然就显得有点费劲了 。


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看到可能就有人会这么想了 , 既然这么大的风机转起来困难 , 为什么不做小一点呢?这就与发电机的迎风面积有关了 , 当叶片太小 , 迎风面积自然也小 , 通过叶片的风变少了 , 那么单个发电机发出的电也会变少 , 那么如果通过增加发电机数量可以弥补吗?实际上数量增加的同时也增加了建造成本 , 总体来看 , 如果发出一样的电 , 小叶片发电机的成本反而更高 。但风机也不能做得太大 , 一方面受到材料的限制 , 另一方面安装也会更加困难 , 综合考虑以后 , 于是有了我们现在所用大小的风机 。


风力发电机的转速为什么都这么慢,发电机转速是多少

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转速越大并不代表发电越多风力发电机的叶片转动时 , 会带动内部一个巨大的齿轮一起转动 , 而大齿轮带动小齿轮时 , 转动速度也会发生明显的变化 , 这个结构用一个我们最熟悉的方式表达 , 就相当于一个变速箱 。我们看见的叶片转动速度很慢 , 但风机内部其实通过变速箱带动着发电机在高速旋转 。
当然 , 风力发电机发电的功率不仅和转速有关 , 还与扭矩有关 , 功率=扭矩转速K , k为常数 , 当转速较小时 , 通过增加扭矩 , 同样可以增加输出功率 , 因此 , 为了延长风力发电机的耐久性 , 通常不会让叶片的转动速度过快 , 由于风力发电机的叶片巨大 , 高速转动产生的离心力也是很大的 , 长期的高强度离心运动也会损害叶片的寿命 , 严重的话可能会直接被破坏 。所以风力发电机在遇到强风的时候 , 反而会开启保护模式进行停机 , 中止发电 , 以保护风机 。


风力发电机的转速为什么都这么慢,发电机转速是多少

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转速太快也会影响发电效率实际上风机的叶片在转动时 , 也会阻碍风的运动 , 转速越大 , 阻碍作用越强 , 当达到某一个值时 , 那么风能的利用率也会开始降低 。为了便于大家理解 , 我们可以想象两个极端的例子 , 假如风机的转速接近于无限大的时候 , 叶片的转动就相当于直接形成了一块密封的板子 , 挡住了风的流动 , 这个时候风都得绕道而行 , 那么自然就没有很好的利用好这些风能 , 这个时候风能的利用率相当于是零 。另一种情况就是风机转速直接为零 , 这个时候 , 风能也完全没有被利用 , 而在转速为零与转速无限大的区间 , 存在一个风能利用率最高的转速 , 这个转速与很多因素有关 , 这里就不过多地展开讨论了 , 结果就是我们所看见的风机转速与理论上的最佳转速相差不大 , 通过调整至最佳转速 , 这个时候的风能利用率也是最高的 。


风力发电机的转速为什么都这么慢,发电机转速是多少

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总结所以 , 风力发电机看起来慢悠悠 , 实际机身内部正在进行着高效率的发电 。看似简单的风机发电机 , 实际上在设计之初就考虑了各种因素对风机发电效率的影响 , 简单的现象背后拥有着复杂、严密的科学道理 。


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