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為什么對于風力發(fā)電機來說,風大要停機,發(fā)電量與轉(zhuǎn)速無關(guān)?
50米長的風力發(fā)電機葉片實際上有10噸。外面看起來很慢,但內(nèi)部高速旋轉(zhuǎn),每分鐘高達1500轉(zhuǎn)。風大不是一件好事,風力發(fā)電機應該停止保護,發(fā)電量與葉片的速度無關(guān)。為什么對于風力發(fā)電機,風大停止,發(fā)電量與速度無關(guān)?
如果葉片轉(zhuǎn)速過快,相應的保護機制失效,發(fā)電機就會像圖中一樣高溫著火,散發(fā)出滾滾的煙霧。巨大的葉片將煙霧變成螺旋狀,這是非常危險的。最后,整個發(fā)電機組分崩離析。
全球可用風能為2×10^7MW是可開發(fā)水能的10倍。我們經(jīng)??吹斤L力發(fā)電機在海上、陸地和山上慢慢旋轉(zhuǎn),每分鐘大約19-30轉(zhuǎn)。你有問題嗎,你能這么慢地發(fā)電嗎?我們通??吹剿Πl(fā)電機或汽油發(fā)電機的速度非???,事實上,我們看到的只是外觀。
風力發(fā)電機非常巨大,如丹麥V164風力發(fā)電機,高達220米,每片葉片長80米。世界上最強大的風力發(fā)電機每天能發(fā)電26萬度,為100戶人家提供30天的電力供應。
一般來說,風力發(fā)電機越大,葉片越重,速度越慢,葉片就像飛機的機翼。例如,1.5兆瓦風扇的葉片重6噸,每分鐘18圈。一般在600千瓦的風力發(fā)電機上,葉片長20米。風力發(fā)電機的低速軸將葉片和齒輪箱連接在一起,葉片轉(zhuǎn)動非常慢,通常為每分鐘19-30轉(zhuǎn)。低速軸的中間是液壓系統(tǒng)的導管,以刺激空氣動力閘門。
齒輪箱就像汽車的變速箱,連接低速軸旋轉(zhuǎn),然后驅(qū)動高速軸,可以將高速軸的轉(zhuǎn)速提高50倍,一般每分鐘1500轉(zhuǎn)。原理很簡單,就是大齒輪旋轉(zhuǎn)1圈,小齒輪旋轉(zhuǎn)50圈。所以表面看風力發(fā)電機,慢慢旋轉(zhuǎn),其實內(nèi)部旋轉(zhuǎn)很快。
當風速超過風力發(fā)電機規(guī)定的最大速度時,停止工作,鎖定葉片,停止旋轉(zhuǎn)。如果速度太快,離心率就會增加,慣性會破壞風扇的平衡,葉片就會斷裂。不同功率和品牌的風力發(fā)電機都有最大的速度。當強風來襲時,它會停止旋轉(zhuǎn),減少慣性造成的損壞和磨損。
如果臺風來襲,中央控制器將停止所有風扇,葉片將對準風向,葉片將槳轉(zhuǎn)向槳的角度,因為軸向扭矩和軸向推力最小。傳動鏈中的機械制動盤鎖定這是第二個保險。其他人只能聽天由命,因為風太大了。
風機的發(fā)電功率不僅與轉(zhuǎn)速有關(guān),還與扭矩有關(guān),功率=扭矩×轉(zhuǎn)速×K,當轉(zhuǎn)速較小時,也可以通過增加扭矩來增加發(fā)電量。因此,為了延長風扇的使用壽命,葉片的轉(zhuǎn)速不會太快,因為高強度離心運動會損害葉片的使用壽命。
所以風扇轉(zhuǎn)動越快,發(fā)電效率就越高,但有一個上限,達到上限后,無論發(fā)電效率有多快。當輸出功率接近風的動能時,風扇的速度不一定與額定功率有關(guān),所以在某種程度上,發(fā)電量與葉片的速度無關(guān)。轉(zhuǎn)速越快,發(fā)電就越多。