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渦輪機是世界上使用最廣泛的發電設備。的渦輪機根據不同的應用需求設計多種類型。渦輪機的主要目的是利用水、蒸汽、氣體或風的能量發電。的渦輪機有多種類型風力渦輪機就是其中之一。風力渦輪機利用風力發電。根據工作流體的不同，渦輪主要有四種類型:
1）汽輪機
2)風力渦輪機
3）燃氣輪機
4）水輪機
在前麵的文章中，我們討論了蒸汽渦輪發電機而且燃氣輪機．這篇文章隻解釋風力渦輪機的工作和它的組成部分。
什麼是風力渦輪機?
空氣的運動叫做風。這種運動主要是在水平方向上，因為垂直分量比水平分量小。
一個風力渦輪機是轉換的機械機器嗎風能(風動能)成機械功率(轉動能量)。這些渦輪機已經成為最便宜的能源來源。風力渦輪機有非常好的設計和非常高的效率。教授James工發明了第一個風力渦輪機1887年代．
風能是一種重要的能源，通過它我們可以生產最便宜的電力。一個風力渦輪發電機是轉換的機械機器嗎機械能渦輪機變成電．
風力渦輪機，也被稱為風能轉換器．這些渦輪機製造成兩種設計，作為水平軸和垂直軸風力渦輪機。小型風力渦輪機的用途是為為商隊和船隻提供額外能量的電池充電。這些小型風力渦輪機也被用來為交通警告標誌提供能源。大型風力渦輪機用於為家庭增加能源，而未使用的能源通過電網出售給公用事業公司。
我們通過風力發電機產生的電力是最便宜的電力形式，比我們通過天然氣、地熱、煤、蒸汽、光伏和水力過程產生的其他類型的電力更便宜。風力渦輪機的溫室氣體排放量最小。
風力渦輪機是如何工作的?
風力渦輪機的工作原理非常簡單。
當風力渦輪機開始工作時，風首先以高速撞擊轉子的葉片。之後，轉子葉片開始旋轉運動。轉子也隨著葉片的運動而旋轉。這個轉子與齒輪箱相連。齒輪箱將轉子的旋轉運動從最小速度轉換為最大速度。
齒輪箱通過軸與發電機的轉子相連。這個軸與發電機的線圈相連。這個線圈根據變速箱軸的運動而移動。需要一台勵磁機為發電機電磁線圈係統提供強製勵磁，使風力發電機能按要求發電。
發電機輸出端產生的電壓與磁通量和發電機的速度成正比。借助不受控製的風能來控製速度。因此，要保持發電機輸出的一致性，就必須根據自然風能可用性來控製勵磁。
勵磁機的電流通過記錄風速的渦輪控製器控製。之後，發電機輸出電壓發送到整流器。這個整流器將發電機輸出電壓轉換成直流電。
接下來，整流的直流電(DC)被傳輸到線路轉換器單元，將其轉換為穩定的交流電(AC)輸出。最後，通過一個升壓變壓器，這種交流輸出轉移到不同的軟管，建築物和工業。一些附加設備用於將風力發電送到風力渦輪機的內部輔助設備，如電池和電動機。
風力渦輪機的種類
風力渦輪機主要有兩種類型:
- 臥式風力渦輪機
- 垂直風力渦輪機
1)垂直軸風力機
主要文章:垂直軸風力機
TVAWT的葉片垂直於氣流線，垂直於地麵．阻力是風力發電機工作的主要動力。而且，偏航機構不需要在這些風力渦輪機工作。vawt進一步分為以下幾種類型。
垂直軸風力渦輪機有以下幾種類型:
1）Darrieus風力渦輪機
達裏厄斯風力渦輪機是著名的VAWT。它有許多彎曲的氣動葉片，位於旋轉軸或框架上。這些葉片隻有在高轉速下才能承受拉力。市場上有許多密切相關的風力渦輪機都有直轉子葉片。
達裏厄斯渦輪的葉片隨著轉子的旋轉而旋轉。旋轉旋翼的氣動原理與自動旋轉的自動旋翼或普通直升機的氣動原理相對應。當翼型移動到後麵的設備，攻角改變為反向符號，但產生的力是傾斜的旋轉方向，就好像翼型是在前麵。轉子旋轉的速度與風速無關，通常比風速高很多倍。
經典葉片設計的一個主要問題是，迎角隨著渦輪旋轉而變化，每個葉片隻在渦輪前後產生極端扭矩。這一過程導致脈動能量循環，使渦輪設計複雜化。此外，如果這種脈動產生在葉片的固有頻率，由此產生的共振將損壞渦輪機。
在達裏厄斯風力渦輪機配置，最大張力是在葉片區域，創造扭矩相反的發電機在渦輪機底部。因此，唯一需要垂直平衡的力是試圖吹過渦輪機的風力和由於轉子葉片向外彎曲而產生的壓縮負載(即試圖“擠壓”塔)。
這些類型的風力渦輪機用於發電、加熱、冷卻和抽水。
Darrieus風力渦輪機設計
達裏厄斯風力渦輪機的設計可以通過在旋轉軸上安裝多個彎曲的氣動轉子葉片來製造。這些是垂直軸風力渦輪機，利用風能發電。然而，這些渦輪的曲率葉片隻能在高速下承受拉力。
許多密切相關的風力渦輪機使用直轉子葉片。法國航空工程師喬治·讓·瑪麗·達利斯獲得了該渦輪的第一個設計專利，並於1926年10月1日將其注冊為知識產權。
Darrieus風力渦輪機效率
由於達裏厄斯風力渦輪機的設計和運行特點，其效率低於水平軸風力渦輪機。
一般來說，HAWT的效率在40%到50%之間。這意味著這些風力渦輪機可以將40%到50%的記錄KE轉化為實際電能。另外，Savonius垂直軸風力渦輪機的效率範圍為10%到17%。這意味著該渦輪機可以將記錄的KE的10%到17%轉化為實際電能。
Darrieus渦輪機的效率範圍為30%到40%。這意味著它可以將記錄的動能的30%到40%轉化為實際的電能。因此，savonius風力渦輪機可以產生足夠的電力，以滿足一個典型的兩個人家庭每年的消耗。
達裏厄斯風力渦輪機的優缺點e
優勢 |
缺點 |
這種類型的風力渦輪機是便攜式的。 |
效率比HAWT低。 |
它可以很容易地安置在建築物中。 |
它不能產生比HAWT更多的電力。 |
可伸縮性 |
它的轉動效率低。 |
它有一個安靜的運作。 |
它的初始啟動比薩伏紐斯風力渦輪機還要困難。 |
Darrieus渦輪的尺寸比HAWT小。 |
這台渦輪機的部件在很短的時間內就磨損了。 |
安全使用。 |
自起動機理 |
它有能力接受來自各個方向的風能。 |
風速可用性較差 |
它的葉片旋轉緩慢，減少了鳥類和人類的風險。 |
在汽輪機塔架上產生較大的轉矩脈動和循環應力，可靠性較差。 |
(二)Savonius渦輪
這是VAWT。芬蘭工程師西格德約翰Savonius被發明了Savonius風力渦輪機在1922年。這是風力渦輪機最簡單的設計之一。它有多個“鏟鬥”，利用阻力將風能轉換為扭矩，以運行渦輪機。從上麵的橫截麵上看，一個有兩個葉片的薩伏紐斯渦輪看起來像s形:因為葉片的曲率，渦輪在風中阻力更小。
Savonius渦輪是一種拖曳式渦輪機，廣泛應用於許多可靠的應用，如風速計和通風。與HAWT相比，這種類型的渦輪機效率較低。這些是最適合的地區與湍流風和自啟動。
Savonius風力渦輪機的效率範圍為10%到17%。然而，它隻能將10%到17%的記錄動能轉化為實際電能。
Savonius風力渦輪機的優點和缺點
優勢 |
缺點 |
這種垂直風力渦輪機即使在風向變化的情況下也能有效工作。 |
它產生的電比HAWT低。 |
Savonius的設計即使在低風速下也能很好地工作，消除了塔和其他昂貴部件的必要性，並顯著降低了初始安裝成本。 |
用於提取風能的葉片的效率是傳統渦輪機的一半，並減少了發電量。 |
它體積小，操作安靜，維護方便。 |
它的效率較低。 |
它易於設計。 |
它產生的能量比達裏厄斯風力渦輪機要少。 |
3)Giromill風力渦輪機
這是Darrieus風力渦輪機的一種。它的工作原理和達裏烏斯渦輪機一樣。主要的區別是吉羅米爾渦輪有一個h型轉子。這種渦輪利用機翼產生的升力將風的動能轉化為轉動能量。
2) HAWT(水平軸風力渦輪機)
主要文章:水平軸風力機
水平軸風力渦輪機有一個軸在水平方向到地麵。而且，偏航機製不需要在這些風力渦輪機的工作。在這些類型的渦輪機，升力是主要的力量。目前95%的風力渦輪機是HAWT。
水平風力渦輪機進一步分為以下兩種類型:
我)逆風渦輪機
逆風渦輪轉子在裝置的前麵，它的位置類似於螺旋槳驅動的飛機。它是在美國使用最廣泛的小型風力渦輪機中最常見的類型。這些渦輪機需要一個偏航機構，以使其正常運行。
逆風渦輪的優點和缺點
優勢 |
缺點 |
它擋住了塔背麵的陰影。 |
它需要一個偏航機構來保持渦輪麵向風。 |
它的尺寸很小。 |
塔的正麵有陰涼處。 |
(二)順風渦輪機
下風向渦輪機的轉子在塔的背風側。這種渦輪機最大的優點是它可以設計成沒有偏航機構。這是可能的條件下，如果機艙和轉子有適當的允許機艙跟隨風被動。然而，對於大型hawt來說，這是一個有點可疑的好處，因為需要電纜從發電機獲取電力。
最重要的優點是這種渦輪機的轉子非常靈活。
順風機的優點和缺點
優勢 |
缺點 |
它可以在沒有偏航機構的情況下設計。 |
由於旋翼通過塔上陰影而產生的風力波動。 |
它的轉子可以根據你的需要設計得更靈活。 |
它的塔給渦輪比向上渦輪更多的疲勞負荷。 |
風力渦輪機組件
風力發電機主要有以下幾個部分:
1)製動器
它包含在風力渦輪機的基本部件中。盤式製動器可以液壓、電動或機械操作。因此，汽輪機轉子在緊急情況下可以通過製動器快速停止。
2)風速計
這是渦輪的第二部分。它測量風的速度。然後將這些數據發送到控製器。
3)控製器
這也包括在風力渦輪機的最強製組件。渦輪機的這個部分在風速從每小時8到每小時16的時候啟動機器。風力發電機不能在超過每小時65英裏的風速下運行，因為風力發電機可能會過熱。
4)葉片或軸
最大的風力渦輪機有2或3個葉片。沒有葉片，渦輪機就不能發電。吹在刀刃上的風幫助刀刃轉動。
5)發動機艙
這是渦輪的第五個強製部分。機艙附在渦輪轉子上。機艙位於塔頂，包含刹車、控製器、發電機、低速軸、高速軸和齒輪。蓋子保護機艙部件。
6)高速軸
它是渦輪的重要組成部分。高速軸轉動發電機的線圈，這樣就能發電。
7)塔
這座塔包含了風力渦輪機最關鍵的部件。塔是由鋼製成的格狀或管狀鋼。更高的渦輪塔產生高能量。因為隨著高度的增加，風速增加，渦輪軸旋轉得更快。
8)低速軸
它是渦輪中最強製的部分。渦輪機的轉子以每分鍾30到60轉的速度驅動它。
9)轉子
葉片和輪轂統稱為轉子。如上圖所示。渦輪轉子的主要功能是增加空氣的速度。這樣渦輪軸就可以增加連接的發電機線圈的速度。
風能的優缺點及應用
風能有許多優點和缺點，下麵將詳細列舉其中一些。
風能的優勢
風能的不同優點如下。
1）風產生的工作
風能的一個顯著優勢是它能創造就業機會。風力發電是一個增長最快的產業。當風力渦輪機在經濟上可行時，風力發電工業蓬勃發展。這個行業每年創造的就業機會最多。在風力渦輪機維護、安裝和風力渦輪機製造領域創造了就業機會。此外，這個部門還會公布風能谘詢方麵的工作。
根據一份國際聲明，風力發電能夠為風力發電廠的維護、安裝和製造提供60多萬個工作崗位。
2)風能性價比高
隨著技術的進步，風能變得越來越便宜。在過去的40年裏，價格一直在下降，而且可能不會持續到同樣的程度，但在可預見的未來，這一趨勢正在下降。幾乎所有的公司都應該安裝、維護和購買他們的風力轉換器。
3）對國家經濟的支持
風能是最賺錢的能源。它支撐著國家的經濟。它幾乎是免費的，因為不使用任何燃料。隻需要空氣旋轉到風力渦輪機的葉片。這個過程產生的電力幾乎是免費的。我們可以把多餘的電力賣給其他國家。通過這種方式，風能支撐著國家的經濟。這是風能的一個顯著優勢。
4）可再生
風是由地球表麵的不均勻和太陽使大氣變暖時地球自轉引起的。技術進步了，現在的風力渦輪機可以被更多更好的設備所取代，但風一直在那裏。風能是一種可再生能源。我們可以用這個過程生產一輩子的電。風是一種無限的能源。
5)具有成本效益的
風能的另一個優點是通過風產生的能量幾乎沒有任何成本。風能沒有供求市場，任何人都可以使用。它是目前可獲得的最便宜的可再生能源之一，取決於風能資金和特定項目。有了免費的電力，陸上風力渦輪機可以產生世界上最便宜的電力。
由於風力渦輪機產生的電力在很長一段時間內以固定價格出售，因此價格的大幅上漲不會影響化石燃料產生的電力。發電並不便宜。
6)風能是可持續的
風能的一個巨大優勢是它是可持續的。風能是太陽能的一種。風是由地球表麵的不均勻和太陽使大氣變暖時地球自轉引起的。隻要有陽光，有風，產生的能量就可以用來在電網中傳輸電力。
7)空間效率
風力渦輪機體積更大，效率更高，但占用的空間也差不多。這是風能的另一個優勢。僅用一年的電力，發電量就可以為600個典型的美國家庭提供足夠的電力。這些更大的渦輪機需要進一步擴建，但它們之間的土地可以用於其他用途，比如糧食生產。因此，風力發電廠比太陽能發電廠更有效率。
風能的缺點
在這一節中，我將解釋風能的不同缺點。
1)視覺汙染
風力渦輪機的一個最重要的缺點是它們造成的視覺汙染。很多人喜歡風車的樣子;一些不喜歡。其他人則不這麼認為，認為他們是這塊土地上的一個汙點。然而，這往往被總結為一個個人的意見。風力渦輪機建造得越多，就越受公眾歡迎。
2）噪音汙染
風力渦輪機造成噪音汙染。這是風力發電機的一個顯著缺點。盡管通常采取措施使風力渦輪機遠離房屋，但在幾百米之外就能聽到風車的聲音。
3)對野生動物有危險
風力渦輪機的一個顯著缺點是許多鳥類被它殺死。因為當鳥類飛到風力渦輪機的旋轉葉片上時，它們就會死亡。在大多數國家，這一問題已經解決或通過改進技術或適當安置風力發電機顯著減少。
4)土地成本
風能資源開發可能不是最有利的土地利用方式。適合安裝風力渦輪機的土地必須與其他土地用途相比較，而且可能比發電更有價值。
5)風力渦輪機的成本
即使成本在下降，但風力渦輪機的價格仍然過高，首先工程師必須進行實地研究。這可能包括安裝研究渦輪機來計算一段時間內的風速。如果你認為這就足夠了，你需要購買、運輸和安裝一個風力渦輪機。所有這些步驟導致購買和安裝風力渦輪機的高成本。
風能的應用
- 風力渦輪機是可再生能源的最佳來源。這些渦輪機用來產生廉價的電力。
- 風能用來促進船隻在海上和河流上的運輸，將貨物和人員從一個地點轉移到另一個地點。
- 這些類型的渦輪機用來驅動水泵，並通過風車從地麵拉水。
- 這種能源還可以用來運轉麵粉廠，將玉米和小麥等穀物磨成麵粉。
- 風能可以被視為世界上發展最快的能源。
- 今天，風能被用來發電。
用什麼材料來製造風力渦輪機?
根據這份報告國家可再生能源實驗室，風力渦輪機主要由鋁(0% ~ 2%)組成;銅(1%);生鐵或鐵(5% ~ 17%);塑料、樹脂或玻璃纖維(11%至16%);還有鋼材(占渦輪機總質量的71%到79%)。
許多渦輪零件是在美國本地購買和製造的(風能技術市場報告)．國內采購的零部件有風電輪轂和葉片零部件(40% ~ 70%)、塔(65% ~ 85%)和90%以上的機艙零部件。此外，許多內部組件，如控製器，螺栓，軸承，偏航係統和螺距都是進口的。
一台風力渦輪機要多少錢?
風力渦輪機的成本根據國家、城市和居住地的不同而不同。由於規模經濟的原因，安裝大型渦輪機的每千瓦成本要低於安裝小型渦輪機的成本，單個渦輪機場址的每千瓦成本要高於安裝多個渦輪機場址的成本。
功率高達100千瓦的風力渦輪機售價約為2900至8100美元。因此，安裝一個10千瓦渦輪的成本可以從49,900美元到90,000美元不等。現在安裝的大多數商業渦輪機的大小是2兆瓦，成本在300萬到400萬美元之間。
| 最大輸出功率 | 典型的渦輪式 | 項目成本 |
|---|---|---|
| 3.5兆瓦 | Enercon E126 EP3 | £313萬 |
| 3兆瓦 | Enercon E82 | £233萬 |
| 1兆瓦 | 易DW61 | £125萬 |
| 800千瓦 | Enercon E53 | £103萬 |
| 100千瓦 | Norvento ned - 100 | £345 k |
FAQ部分
風力渦輪機有多高?
大多數商用風力渦輪機塔的高度在200英尺到260英尺之間。當計算整體高度時，葉片通常超過100英尺長。Gamesa G87型風力渦輪機的轉子葉片高度為120米。
風力渦輪機旋轉的速度有多快?
風力渦輪機葉片的速度在120到180英裏/小時之間。但是，這個速度可能會根據情況而有所不同。
由於風力渦輪機的巨大尺寸(葉片超過100英尺)，它看起來旋轉得很慢，但葉片的尖端非常快。
一台風力渦輪機能為多少家庭提供電力?
這個數字根據葉片長度、維護、風力條件和大小等因素而有所不同，但一台典型的風力渦輪機每年可以為1000到2000個家庭提供電力。因此，1兆瓦的發電能力可以滿足大約1000個家庭，而許多陸上渦輪機的輸出功率為2兆瓦到3兆瓦。
為什麼風力渦輪機不好?
風力渦輪機不好的原因有以下幾點:
- 它會殺死鳥類
- 它會造成視覺汙染
- 它會產生很高的噪聲
- 這些渦輪機的初始安裝成本很高
風車真的會殺死鳥類嗎?
風車對鳥類來說是非常危險的，因為如果鳥類在渦輪機運行期間飛到渦輪機附近，這些渦輪機就會殺死鳥類。美國魚類和野生動物管理局猜測，每年有14萬到50萬隻鳥死於風力發電場。
風力渦輪機要多久才能收回成本?
最新的風力渦輪機的使用壽命約為。20年，平均15年可攤銷，但根據環境條件可縮短或延長。
風力渦輪機能用多久?
一台好的最新風力渦輪機的使用壽命大約為20年。不過，根據環境條件和適當的維護程序，這種使用壽命可以達到25年或更長。
風力渦輪機有哪些類型?
風力渦輪機有以下幾種類型:
- 臥式風力渦輪機
- 垂直風力渦輪機
- 逆風渦輪機
- Darrieus風力渦輪機
- Savonius渦輪
- 順風渦輪機
結論:
本文對風力機的工作原理等方麵進行了深入的探討。風力渦輪機是最常見的渦輪機類型。由於風能是世界上最便宜的能源形式，這些渦輪機的受歡迎程度與日俱增。實際上，它是一個利用風產生電能或機械能的過程。而且這些渦輪機的耗水量最少。
這些渦輪機受歡迎的另一個原因是這些類型的渦輪機不會產生環境汙染。它們非常環保。它每年為不同國家的人創造成千上萬的就業機會。所以，我們應該主要使用風能。通過這種方式，我們可以節省我們的錢和我們用來發電的其他資源。
我們還列出了風能的各種缺點和優點。盡管風能有許多缺點要考慮，但風能仍然是最便宜和最清潔的能源之一。利用風能，你可以減少對汙染地球和燃燒化石燃料的傳統發電廠的依賴。
如果你對這篇文章有任何問題，你可以通過評論框讓我知道。我會盡我最大的努力讓你盡快回來。
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