风力发电转速那么慢怎么发电？

2022-04-03 22:25:44

文章来源：本站

　　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的这么慢，这样能发上电嘛？

　　之所以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。

　　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。

　　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。但风机也不能做的太大，一方面受到材料的限制，另一方面安装也会更加困难，综合以后，于是有了我们现在所用大小的风机。

　　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。

　　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，这里就不过多的展开讨论了，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。

　　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。

　　看看自行车就能想明白这个问题，风力发电机叶片虽然转的不快，但是内部有若干齿轮传动，能使内部发电机更快运转，进而将风力转换为电能，不过也有相当的能量损耗。

　　风力发电的原理其实和水力发电是一样的，都是将自然界存在的机械能转换为电能这种便于输送别于利用的形式，当然是得益于电磁效应的发现。机械能的来源是由于地球引力的存在，水自然地向更低出流动，水的落差越大压力越大，推动发电机的效率越高，不过水力发电是先用水轮机直接受水的冲击，然后水轮机带动发电机；风力的来源主要是引力和太阳，太阳导致地面和大气受热不均进而导致大气间的密度差异，在引力的协助下形成大气环流，气体的流动就形成风，风作用于风力发电机的叶片，使叶片转动，类似于水轮机，然后带动发电机做功，将风能转换为电能。

　　我国地域广阔，有很多风力资源丰富的地区，主要分为内陆和沿海，沿海是由于陆风海风的周期变化，白天陆地升温快上边的气体升温也快于是气体膨胀，海洋上相应地就具有更大的气压，于是大气向陆地流动，形成海风；夜晚则转向，陆地降温快，大气向海洋流动；内陆地区主要是地表裸露的区域，因为地势的关系，也形成山风之类的大气流动。所以我国的风力发电主要分布在沿海和西北地区，有很多风力发电厂，而西比地区由于较为干旱云层稀薄太阳照射强烈，也是太阳能资源很丰富的地区。

　　风力发电直接利用世间存在的机械能，叶片的面积很大，日常生活中离得远看着风机并不大，但是走进一看风力发电机的叶片20-40米，总面积也很大，这样受力面积就比较大，因此即便是感觉起来风力不是很大，却能带动风机运转，而且需要相当高的塔，塔身中有梯子，供工人检修设备使用，有的还配备有爬高机，就跟电梯似的，可以协助工人更轻松地爬到发电机的机箱内，机舱包容着风力发电机的关键设备,包括齿轮箱、发电机。由于有一系列的齿轮传动，因此外部的叶片转的比较缓慢的情况下，发电机能保持比较高的转速，不过多次的齿轮传动也使得能量耗费比较多。

　　我国风力资源丰富，所以已经建设了很多风力电厂，这种能源形式清洁无污染，不过因为会影响区域内的气流，对鸟类的生存能造成一定影响，受限于地理环境，风力发电机的规格也不同，主要有850KW、1MW、1.5MW、2MW、3MW，以850kW为例，风力较好的情况下一天发电量是20400KW·h，还是相当高效的。不过为了保持风力发电机的寿命，其转速需要一定的控制，并不会随着风力无限地增长，沿海的一些风机在台风天气中甚至要锁定不转了。一台风力发电机的使用寿命大约能到20年，每台风力发电机下部都设置有一个变流器，变换电压等参数后输送到集中的输变电站进而输送入工厂或居民家中。

　　目前风力发电的效率并不是特别高，受限于风力影响，发电也不是特别稳定，所以风电的应用范围比较受限。主要也是根据区域内的用电量及环保等方面的需求统筹风电火电等发电形式，有时候甚至会停掉，还因为电力难以储存，基本是用多少发多少。

　　确实，风力发电机的叶片总是不急不躁，在那慢条斯理的转动，不过，转的慢不等于不能发电，如果直接带动发电机发电，对同样的发电机只是发出的电能少而已。

　　其实，想变快也不是难事，看看下面这幅图，人只需缓慢的蹬着踏板转动，飞轮（包括后轮）就转的快得多。

　　见过这种手摇发电机吗？用手缓慢转动摇柄，发电机转轮就快速转动起来。

　　其实，风力发电机也有类似的装置，改变发电机的转速，自行车用的是链条传动，手摇发电机用的是皮带传动，风力发电机用的是齿轮传动。

　　经过山区我们常常可以看到山顶上的风力发动机，样子有点像家里的电风扇，远远望去，转速非常慢，和家里的电风扇没法比，慢的像老牛拉车。

　　于是，有人问了，这么慢，能发电吗?

　　正巧我见过技术人员组装风力发电设备，你猜那一个风叶有多长？我步子丈量了一下，大约30米长，对，你没有看错，30米。这就是说，这个风叶转动时，它的圆的直径是60米，足足有20层楼高。

　　根据圆的周长公式，我们计算出它的周长是60X3.14=188.4米。假设它5秒转一圈，它的线速度是每秒37.68米，换算成时速大约是每小时135.648是公里。也就是说，它的线速度比高速公路汽车限速120公里还快，怪不得如果你离近了看，它的扇叶上面有的血迹斑斑。那是风叶打死了飞鸟。风力发电机的塔高就有60米，塔里面有梯子，可以进人维修。

　　由于这么巨大的扇叶，它运转时产生的力矩非常巨大，运用中学的力学原理你能很快算出产生的推力有多大，这个力带动小的齿轮，也就是变速齿轮从而获得高的转速，让发动机快速转动，发出电来。是不是有点像自行车的大链轮和小链轮。通过齿轮箱的变速，风力发电机可以达到每分钟1500转的速度。风力发电机形式多样，最大的风力发电机功率能达到5MW左右。我国福建海湾上安装的风机湘电XE128-5000，单机容量就有5MW，发电能力不可小视。

　　感悟:有些东西看着不起眼，当你明白它的原理后，你才知道它们蕴藏着巨大的能量。

　　风力发电机的转速并非都很慢，它和扇叶的直经有关，尺寸越大转速越慢，而路灯杆上的小风力发电机转速还是很快的。

　　但作为风电厂MW级发电机的转速却只有每分钟十几转。但扇叶转速慢不等于发电机的转速就慢，若用如此慢的速度直接带动发电机，发电效率会很低。一般情况下发电机的转速都在每分钟千转以上。所以大型风力发电机都配有提升转速的齿轮变速箱。

　　大型风叶转速低的原因是其物理特性决定的。因为扇叶从风力中所获能量和它扫过的面积有关，故大功率发电机都采用很窄很长的叶片，比如2.5MW的扇叶直径达90米。

　　虽然看上去很慢，但叶尖的速度还是很快的。既使转速15转/分钟，扇叶顶端的运动速度也达到每小时200多公里，比高速公路上的车速还要快得多。如果转速真能达到每分钟65转，叶片顶端將以超音速运行，后果无疑是灾难性的。当然扇叶的转速要受限于风速，不可能真的达到这一转速。

　　所以大型风机的转速都会很慢，但力量却很大，完全可以通过变速箱把转速提上去，让发电机高效率的工作。以上是我的回答。

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　　风力发电机的叶片每分钟大概转20到30下，这速度的确不快，甚至有些慢了，想象电风扇的扇叶要是这个速度，吹风扇的人大概要中暑。但风力发电机内部设置可跟电风扇有着很大的不同，扇叶连接的一个低转速的转轴，再通过齿轮连接起一个高转速的转轴，它们的转速之比大概是50倍左右，也就是叶片转一下，里面的转轴会转五十下左右，这样一分钟就能转将近一千五百下，发电效率也就跟的上了。发电机巨大的叶片不能转动过快，一分钟十几下的速度在我们看来也许很慢，对机器来说却是考量各种因素之后的最佳转速，这一转速可以避免安全问题的发生。在一些狂风天气叶片不能转动，否则在狂风加持下，很有可能毁坏发电机

　　风力发电机转速虽然很慢，但可以通过大小齿轮转换，把低速转换成高速带动发电机发电。手摇发电机就是这个原理，并不需要手时刻的去飞速旋转。

　　风力发电机内部结构

　　风力发电的叶片为什么要这么大？风力发电机的意义就是为了发更多的电。于是就尽可能的去增大风机叶片。三四十米的叶片长度都是寻常的叶片，叶片加长，为了保证叶片的强度，叶片厚度也必须同时增加，这样重达几吨十几吨的叶片根本就是一个娃，几十吨的风叶成了常态化。功率越大的发电机阻力也越大，要想发出更多电能必须要更大力臂的风机才能带带动它。

　　风力发电机内部组成原理

　　为什么风机转的这么慢？学过物理的都知道。力臂越大越省力，利用齿轮速度转换，风机慢下来，低速转动大扭矩可以给齿轮更大的作用力，更平稳的带动大功率发电机。其二，庞大笨重的风机机构也不允许其疯狂的飞转，以减少元件的高速损坏，尽量避免不必要的损失。其三，低速转动能更容易做到刹车站停，便于元件更换与维修。以上种种原因就是风力发电机的叶片不能高速运行转的及慢的原因。

　　风力发电机转速虽慢，但动力极大，发电功率一般大一点都在几兆瓦以上的，有的一天发电量够一家庭一年使用也不在话下。

　　风力发电，大自然的馈赠，但要在建在西北沙漠或山顶风力要大的地方，地里条件比较苛刻，运输建造受到不少制约，并且要远离人烟，避免噪音，才能够造福天下。

　　应该里面有变速箱，齿轮比，转速比。，从动轮，主动轮，汽车的波箱一样，自行车的主盘与轮盘，有档的自行车看一看就会明白了。

　　这个问题我真的可以回答一下，不知道大家有没有听过一门学科叫新能源科学与工程。哈哈，我就是这个专业毕业，大学主要学的就是风力发电，太阳能发电，毕业设计做的也是风力发电相关的。

　　这是去实习的时候拍的照片

　　在回答题主的问题之前，介绍一下风力发电的过程。其实风力发电发电的原理十分简单，风机有三个大叶片，风吹过来的时候风力带动叶片旋转，叶片与机舱内的增速器相连，通过增速器将旋转速度提升，从而带动发电机旋转，将风能转化为电能。风机主要由下方起支撑作用的塔筒，还有顶部的叶片，轮毂，机舱，以为尾舵组成，每一部分都很重要，叶片主要是用来接收风力，尾舵辅助叶片获得风能最大化利用，轮毂用来连接叶片与机舱，同时走的风机还可以调节叶片受风面，机舱是风能转化为电能的核心部位，几部分缺一不可。

　　这是风机的大致构成

　　接下来回答题主的问题，叶片的转速与风速有直接的关系，当风速越大时，叶片也会转动的越快，风机的启动风速为3米每秒，也就是说当风速达到3米每秒时，风机叶片开始转动，带动增速器旋转，从而带动电动机发电。相信大家也知道不是风速越大越好，也不是风机叶片转的越快越好，叶片的转速还是有一定限制的，当风速超过叶片的规定允许的最大转速时，风机就会停止工作，否则会因为离心率的增强，而使叶片失速，打破叶片的平衡，导致风机损坏，严重的可能导致整个风机都被毁掉。这其中起作用的是风机内部的调速系统，可以控制风机的启停。