風力發電機工作原理 風力發電系統結構圖解

我們在日常的生產活動中都離不開電，充足的電力供應是一個國家和地區經濟增長的重要前提條件。在全球“石化能源”越來越缺乏，對環境的污染不斷加劇的背景下，我國作為能源使用大國更是體現了大國擔當的格局，在向全世界鄭重宣布“碳中和”，“碳達峰”的目標下，作為新能源中的風力發電迎來了它的高光時刻。我們看見那不斷轉動著大大葉片的風車其實就是風力發電機，那么小伙伴們知道它的工作原理嗎？

風力發電機是將風能轉換為機械功，機械功帶動轉子旋轉，最終輸出交流電的電力設備。廣義地說，風能也是太陽能，所以也可以說風力發電機，是一種以太陽為熱源，以大氣為工作介質的熱能利用發電機。風力發電機組由葉輪、機艙、塔筒等基礎部件組成。

風力發電系統結構圖

它的發電原理很簡單：機組利用風力帶動風車葉輪旋轉，將風能轉化為機械能，發電機再將機械能轉化為電能，然后電能通過集電線路輸送到風電場升壓站，升壓后再輸送到電網，就可以變成千家萬戶使用的清潔風電了。這一過程就好比我們小時候玩的手搖發電手電筒，使勁地搖幾下，手電筒就會亮一會。

很多小伙伴可能會好奇，風車葉子轉一圈，能發多少度電？在一般情況下，風速只要達到3米/秒，風車就可以旋轉發電。目前主流風機的單機容量從1.5兆瓦到10兆瓦不等，未來可能會更大，相對來說小容量的都在陸地上，大容量的都在海里。當然，容量越大，同等情況下發電越多。以2兆瓦的風力發電機組為例：葉片長50-60米左右，以額定轉速運行，轉動一圈約4秒鐘，葉尖速度可達280多公里/時，堪比高鐵速度，葉輪轉動一圈約發2.2度電。

那么，風力發電是不是風越大越好呢？我們根據能量守恒定律知道，風速越大提供的電能的確是越多，但當風速超過風機限定速度時，風機就要停止工作。因為如果轉速過快，離心率大大增強，慣性趨勢會打破風機自身的平衡，葉片就容易折斷。而且事實上，發電量不取決于葉片轉速。因為風力發電機機組中存在一個類似汽車變速箱的裝置，比如變速箱掛到1檔，那么即使葉片轉速非?？欤ㄏ喈斢谟烷T踩到底），但通過變速箱傳動到發電機裝置當中仍然是較為恒定的低速，有了這么個裝置，便對葉片起到了保護的作用。而在葉片恒定轉速的情況下，葉片受力增加，功率就會增加，風機的葉片越大，功率越大，相應發電量就越多。

我們知道風力發電有陸上和海上之分，那么這兩者有什么差別呢？一般來說海上風電場是陸上風電場建設成本的兩倍，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。雖然說海上風電場前期投入比陸上風電場大，但是大海廣袤無垠，具有豐富的風能資源，海上風電發電利用小時數高、不占用土地、不消耗水資源，適宜大規模開發，發電效率普遍比陸上風電高出20%-40%。

陸上和海上風電場

風力發電與常規發電相比，具有能源充足、不消耗燃料、無環境污染、占地面積小、工程建設周期短、發電技術成熟等優點。雖然前期投入較大，但相比水電和火電，后期維護、管理費用極低，是目前新能源領域中技術最成熟、最具規模開發條件和商業化發展的發電方式之一。當然它的缺點也很明顯：受地域影響大，風力發電機只適合風力大的地方，在無風地區便不起作用。

編輯：黃飛