科普 | 风力涡轮机是如何工作的？

如今，风力涡轮机在全球许多国家和地区都很常见，但是你有没有想过风力涡轮机是如何工作的？本文将帮助你了解风力涡轮机的不同组件，以及它们如何结合在一起将风能转化为电能。

风力涡轮机本质上就是一个反向的电风扇。风力涡轮机不是使用电力来产生风力，而是利用风能来产生电力。

当风力足够强时，可以吹动旋转风力涡轮机的叶片。风力涡轮机叶片借助于低速轴、齿轮箱和高速轴连接到发电机。


风力涡轮机的不同组成部分

风力涡轮机有许多部件，有些部件在外部可以看到，有些则隐藏在涡轮机舱内（壳体中）。

风力涡轮机的可见组件


风力涡轮机具有多个外部可见的部件。以下是这些外部可见的组件：

（1）塔架

风力涡轮机最值得注意的部件之一是其高大的塔架。人们通常所见的是一个高度超过200英尺的塔式风力涡轮机。而这并没有考虑叶片的高度。风力涡轮机叶片的高度在塔架的基础上很容易地将风力涡轮机的总高度再增加100英尺。
塔架上有一架梯子供维修人员进入涡轮机顶部，塔架上还安装和敷设了高压电缆，用于将涡轮机顶部发电机产生的电力输送到其基座。

（2）发动机舱

在塔顶上，人们会进入发动机舱，这是一个流线型外壳，内置风力涡轮机内部组件。机舱外观像一个方形盒子，并且位于塔架的顶端。

机舱为风力涡轮机的重要内部部件提供保护。这些部件将包括发电机、变速箱和低速和高速轴。

（3）叶片/转子

可以说，风力涡轮机中最引人注目的部件是其叶片。风力涡轮机叶片的长度可超过100英尺，人们经常会发现商用风力涡轮机上安装三个叶片，构成转子。

风力涡轮机的叶片采用空气动力学的设计，以便它们能够更容易地利用风能。当风吹动时，风力涡轮机叶片将开始转动，提供在发电机内产生电力所需的动能。

（4）风速计和风向标

风力涡轮机的其他外部部件包括风速计和风向标。人们在远处并不容易在商用风力涡轮机上发现这些组件，因为它们与涡轮机相比尺寸相对较小。

风速计和风向标通常安装在机舱的后部，用于测量当前的风速和风向。然后可以将该数据馈送到风力涡轮机内部控制系统，该系统然后可以调节涡轮机的偏航角度和叶片的桨距，以便最大化其效率。应该注意的是，并非所有商用风力涡轮机都具有偏航和俯仰机构。

风力涡轮机的隐藏组件

风力涡轮机还有许多的部件隐藏在机舱内部。以下是这些内部的组件：

（1）低速轴

当风力涡轮机叶片旋转时，低速轴通过风力涡轮机叶片的转动而带动转动。低速轴将动能传递给变速箱。

（2）变速器

变速箱是一种沉重且昂贵的设备，可将低速轴连接高速轴。变速箱的目的是将转速提高到足以让发电机发电的转速。

（3）高速轴

高速轴将变速箱连接到发电机，其唯一目的是驱动发电机以便发电。

（4）发电机

发电机由高速轴驱动，并在高速轴输送足够的动能时发电。

（5）俯仰和偏航电机

一些风力涡轮机具有俯仰和偏航电机，通过将叶片定位在尽可能最佳的方向和最佳角度来帮助最大化风力涡轮机效率。

通常在转子的轮毂附近可以看到变桨电机，这将有助于使叶片倾斜以提供更好的空气动力学。偏航变桨电机将位于机舱下方的塔内，并将使机舱和转子面向当前的风向。

（6）制动系统

风力涡轮机的关键部件是其制动系统。其作用是可以防止风力涡轮机叶片转动太快导致损坏部件。当实施制动时，一些动能将转化为热量。

（7）控制系统

风力涡轮机具有内部控制系统，其具有多种用途。它具有在风速足够高时启动风力涡轮机的能力，并且还可以在风速过高时关闭风力涡轮机。

控制系统也是根据风速和风向计算涡轮机的最有效的俯仰和偏航的机构。

风力涡轮机如何产生电力

现在已经很好地了解了风力涡轮机的构成组件，以下了解一下风力涡轮机如何运行并进行发电。其产生电力的过程为：

（1）这个过程由涡轮机叶片/转子启动。随着风的吹动，采用了空气动力学设计的叶片通过风力吹动开始转动。
（2）当风力涡轮机的叶片旋转时，借助于低速轴将该运动的动能传递到涡轮机的内部，该低速轴将以大约30至60rpm的速度转动。
（3）低速轴连接到齿轮箱，齿轮箱是一个传动装置，负责将转速从每分钟大约30提高到60转，达到发电机所需的旋转速度（通常在每分钟1,000和1,800转之间）。
（4）高速轴将动能从齿轮箱传递到发电机，然后发电机开始转动，产生电能。
（5）最后，其产生的电力将通过高压电缆从涡轮机塔架向下馈送，并且通常将被馈送到电网或用作本地电源。