風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)知識(shí)介紹

風(fēng)力發(fā)電原理介紹 2 在這里你將了解 風(fēng)是如何形成的風(fēng)力發(fā)電機(jī)是如何發(fā)電的 概要 3 風(fēng)風(fēng)的產(chǎn)生風(fēng)和對流層從地理上看風(fēng)的形成 風(fēng)的形成 4 風(fēng)的形成 5 米勒正站在兩個(gè)溫度不同的房間的門口 你能看出來哪個(gè)房間的溫度更高嗎 看看燭火 它在朝哪個(gè)方向偏 當(dāng)熱空氣進(jìn)入溫度低的房間 氣流上升 在門口形成了風(fēng) 風(fēng)的形成 6 熱空氣較輕 因此上升 這就把低處的空間留給了冷空氣 所以在門口低處 氣流又從溫度低的房間進(jìn)入溫度高的房間 風(fēng)的形成 7 由于兩個(gè)屋子之間有溫度差 風(fēng)就一直在吹 壁爐里的火加熱了空氣 熱空氣流動(dòng)到溫度低的房間的頂部 最終通過窗戶釋放到外界 太陽不斷地加熱著地球 壁爐就扮演著太陽的角色 風(fēng)的形成 8 風(fēng)的形成 1 當(dāng)太陽光照射到地球表面時(shí) 地球被加熱 而陸地和海洋的吸收熱量的速度是不同的 陸地吸收熱的速度比海洋快的多 9 2 陸地上方的空氣加熱速度要比海洋上更快 陸地上的熱空氣上升到一定高度后冷卻 風(fēng)的形成 10 3 這些冷空氣逐漸向海洋上方移動(dòng) 在這里下沉并被向陸地方向擠壓 空氣向陸地的流動(dòng)就是我們所說的風(fēng) 因此 說明太陽是風(fēng)形成的原因所在 風(fēng)的形成 11 1 大氣層包圍著地球它的內(nèi)部被稱為對流層 距地球表面約十公里 完全由空氣組成 接近地球表面有大量的空氣 而8 10公里以外空氣卻很稀薄 2 風(fēng)的形成主要有兩個(gè)原因 地球總是繞著自己的中心軸旋轉(zhuǎn) 當(dāng)?shù)厍蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 對流層靜止不動(dòng) 這樣你的腦海里可能就會(huì)有風(fēng)形成的概念了 而事實(shí)上在地表數(shù)百米的空氣層是跟著地球旋轉(zhuǎn)的 因此如果所有空氣 包括地表附近 完全靜止 那么風(fēng)就不能形成了 風(fēng)的形成 12 13 14 風(fēng)機(jī)如何發(fā)電 15 風(fēng)中蘊(yùn)含的能量 從風(fēng)中得到能量的3個(gè)主要因素 風(fēng)速通過葉輪的風(fēng)的橫截面葉輪的轉(zhuǎn)換效率 輸電系統(tǒng) 發(fā)電機(jī)或泵 對風(fēng)能進(jìn)行百分之百的利用是不實(shí)際的 這是因?yàn)樵诶眠^程中要中斷風(fēng)流 而這一中斷將會(huì)阻止一部分空氣通過葉輪 因此 一臺(tái)效率100 的航空發(fā)電機(jī)最多只能將風(fēng)中可利用能量的60 轉(zhuǎn)換為機(jī)械能 設(shè)計(jì)良好的葉片能夠引出理論最高限度的70 但轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的損耗會(huì)將總效率減少到35 或以下 16 風(fēng)速產(chǎn)生的力量 17 風(fēng)能轉(zhuǎn)換的過程 Wind風(fēng) OutputPower輸出功率 18 塔架機(jī)艙變壓器葉輪基礎(chǔ) 裝配一臺(tái)風(fēng)機(jī)一臺(tái)風(fēng)機(jī)是由許多部分組成的 風(fēng)機(jī)的構(gòu)成 19 葉輪葉輪被固定在大的主軸上 大的葉輪有三個(gè)吸收風(fēng)能的葉片 風(fēng)速足夠大時(shí)就會(huì)驅(qū)動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn) 機(jī)艙的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 20 主軸主軸與齒輪箱連接 葉輪用很大的力使主軸轉(zhuǎn)動(dòng) 因此軸必須足夠粗 機(jī)艙的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 21 齒輪箱大型風(fēng)機(jī)葉輪的旋轉(zhuǎn)速度在每分鐘27轉(zhuǎn)左右 而發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速要在每分鐘1500轉(zhuǎn)左右 因此就需要齒輪箱將27轉(zhuǎn)變?yōu)?500轉(zhuǎn) 機(jī)艙的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 22 偏航軸承巨大的齒輪環(huán)被安裝在機(jī)艙下部 塔架內(nèi) 齒輪環(huán)與偏航電機(jī)的齒相嚙合 這樣使機(jī)艙偏航對風(fēng) 機(jī)艙的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 23 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)達(dá)到轉(zhuǎn)速后開始產(chǎn)生電流 電流通過粗的電纜被送到塔架下面的控制柜 機(jī)艙的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 24 散熱器發(fā)電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生熱量 如果溫度過高發(fā)電機(jī)就會(huì)損壞 這就是為什么電機(jī)需要冷卻 在一些風(fēng)機(jī)上采用水冷卻方式 而散熱器再將水冷卻 機(jī)艙的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 25 偏航電機(jī)偏航電機(jī)將機(jī)艙轉(zhuǎn)動(dòng)以便使葉輪準(zhǔn)確對風(fēng) 機(jī)艙的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 26 控制器風(fēng)機(jī)控制柜里是一臺(tái)能控制風(fēng)機(jī)各個(gè)部件的計(jì)算機(jī) 計(jì)算機(jī)使機(jī)艙偏航對風(fēng) 當(dāng)風(fēng)速儀所測風(fēng)速達(dá)到某一定值時(shí) 計(jì)算機(jī)發(fā)出命令釋放剎車 使葉輪轉(zhuǎn)動(dòng) 機(jī)艙的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 27 風(fēng)速儀風(fēng)速儀用來測量風(fēng)的速度 它隨時(shí)將風(fēng)速信息傳到控制器中 機(jī)艙的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 28 風(fēng)向標(biāo)風(fēng)向標(biāo)隨風(fēng)向擺動(dòng) 它告訴控制系統(tǒng)風(fēng)的方向 計(jì)算機(jī)啟動(dòng)偏航電機(jī)偏航使葉輪對風(fēng) 機(jī)艙的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 29 機(jī)械剎車當(dāng)風(fēng)機(jī)需要被維修或例行維護(hù)時(shí) 機(jī)械剎車將葉輪鎖定 使其停止轉(zhuǎn)動(dòng) 機(jī)艙的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 30 高速軸高速軸將來自齒輪箱的能量傳遞到發(fā)電機(jī) 此時(shí)高速軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘1500轉(zhuǎn) 機(jī)艙的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 32 風(fēng)機(jī)的工作原理 它是如何工作的 機(jī)艙葉輪齒輪箱發(fā)電機(jī)塔架風(fēng)建造地點(diǎn)組裝一臺(tái)風(fēng)機(jī) 33 機(jī)艙主軸齒輪箱高速軸機(jī)械剎車發(fā)電機(jī)控制器風(fēng)速儀風(fēng)向標(biāo)偏航電機(jī)偏航軸承冷卻系統(tǒng)葉輪 34 主軸葉輪被用螺栓固定在風(fēng)機(jī)主軸上一個(gè)強(qiáng)度很高的圓盤上 牢固 穩(wěn)定的固定葉輪是非常重要的 齒輪箱則被固定在主軸的另一頭 35 齒輪箱這是機(jī)艙內(nèi)部的齒輪箱 齒輪箱內(nèi)部有齒輪傳動(dòng)裝置 內(nèi)部齒輪之間相互嚙合 葉輪轉(zhuǎn)速在每分鐘27轉(zhuǎn)左右 主軸緩慢旋轉(zhuǎn)將很大的力傳送到齒輪箱里 通過傳動(dòng)裝置將轉(zhuǎn)速成比例提高 36 高速軸發(fā)電機(jī)與齒輪箱是通過高速軸連接的 高速軸轉(zhuǎn)動(dòng)并不像主軸那樣具有很大的扭矩 這就是高速軸看起來很細(xì)的原因 另一方面 高速軸轉(zhuǎn)速很快 達(dá)到了每分鐘1500轉(zhuǎn) 37 機(jī)械剎車一臺(tái)風(fēng)機(jī)有兩套原理不同的剎車 一套是葉尖剎車 另一套是機(jī)械剎車 機(jī)械剎車被安裝在發(fā)電機(jī)與齒輪箱之間的高速軸上 它僅僅被用在當(dāng)葉尖剎車失敗需要緊急剎車時(shí) 當(dāng)風(fēng)機(jī)在停機(jī)檢修狀態(tài)時(shí) 啟動(dòng)剎車裝置以避免因風(fēng)機(jī)突然啟動(dòng)而產(chǎn)生的隱患 38 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)用來產(chǎn)生電流 其內(nèi)部有一些磁鐵和大量的銅線 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)就產(chǎn)生了電流 如果你的自行車上有發(fā)電機(jī)照明裝置 你就已經(jīng)了解了發(fā)電機(jī)了 當(dāng)自行車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)發(fā)電機(jī)被帶動(dòng) 產(chǎn)生電流供照明 39 控制器風(fēng)機(jī)始終被若干臺(tái)計(jì)算機(jī)控制著 這些計(jì)算機(jī)被統(tǒng)稱為風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng) 其中主要的計(jì)算機(jī)被稱為控制器 風(fēng)機(jī)的每一個(gè)變化都被控制器監(jiān)控著 并做一定的處理 控制器時(shí)時(shí)刻刻監(jiān)視著風(fēng)機(jī)應(yīng)該或不應(yīng)該發(fā)生的情況 40 風(fēng)速儀風(fēng)速儀時(shí)刻測量著風(fēng)的速度并通知風(fēng)機(jī)控制器在風(fēng)速足夠時(shí)將風(fēng)機(jī)偏航到對風(fēng)狀態(tài) 并啟動(dòng) 時(shí)刻監(jiān)測風(fēng)速是十分重要的 因?yàn)樵陲L(fēng)速過大時(shí)會(huì)使風(fēng)機(jī)毀壞 這就是為什么當(dāng)風(fēng)速超過25m s時(shí) 風(fēng)機(jī)就會(huì)自動(dòng)停下來 而當(dāng)風(fēng)速降低時(shí) 風(fēng)速儀會(huì)告訴控制器可以開機(jī)啟動(dòng)了 41 風(fēng)向標(biāo)風(fēng)向標(biāo)總是跟隨著風(fēng)的方向擺動(dòng) 在風(fēng)向標(biāo)的底部有一個(gè)很小的傳感器 它可以將風(fēng)向信號(hào)傳給控制器 而控制器會(huì)告訴偏航電機(jī)將機(jī)艙轉(zhuǎn)向葉輪對風(fēng)位置 42 偏航電機(jī)葉輪應(yīng)該總是處在對風(fēng)狀態(tài) 以便于風(fēng)輪最大程度的吸收風(fēng)能 偏航電機(jī)就起轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)艙使葉輪對風(fēng)的作用 在偏航電機(jī)下面有一個(gè)小齒輪 用來與偏航軸承嚙合 43 偏航軸承偏航電機(jī)下面有一個(gè)小齒輪與一個(gè)巨大的齒輪嚙合 這個(gè)大齒輪叫做偏航軸承 一些小的偏航軸承是外齒 而大型風(fēng)機(jī)的偏航軸承一般是內(nèi)齒 相同的是它們都要依靠偏航電機(jī)的驅(qū)動(dòng) 44 冷卻系統(tǒng) 散熱器 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱 熱量如果不能及時(shí)排除就會(huì)對發(fā)電機(jī)有損壞 因此非常有必要在發(fā)電機(jī)因?yàn)檫^熱而要停止前將溫度降下來 有兩種冷卻方式 通過空氣或水 使用水冷卻時(shí) 冷水被導(dǎo)入一些隱藏在發(fā)電機(jī)外殼里的管中 水冷卻了發(fā)電機(jī)加熱了水本身 而散熱器 如上圖 又利用周圍環(huán)境的空氣再將水冷卻 由此 水在冷卻發(fā)電機(jī)的同時(shí)不斷的循環(huán) 溫度卻不會(huì)升高 45 葉輪所有大型風(fēng)機(jī)都有三個(gè)葉片組成葉輪與主軸連接 而每種風(fēng)機(jī)的葉片長度都有所不同 比如有一種風(fēng)機(jī)葉片長度為25 27米 而最大的風(fēng)機(jī)的葉片達(dá)到39米 這相當(dāng)于一懂13層的高樓 47 葉輪大氣壓力滑翔機(jī)升力葉片鳥和升力葉片制造廠偏航 48 大氣壓力當(dāng)你在坐過山車時(shí) 是否感覺到在你的耳朵里有壓力 在不同的空氣壓力下你又有什么感覺呢 當(dāng)空氣壓力迅速改變時(shí) 耳膜會(huì)隨之凹進(jìn)或凸起一些 海拔高的時(shí)候大氣壓下降 耳膜會(huì)凸起一些 因?yàn)槟泐^部內(nèi)的空氣壓力要與外界保持一致 49 滑翔機(jī)滑翔機(jī)能夠在沒有任何引擎的情況下飛翔 并且能夠滑翔很長的一段距離 50 滑翔機(jī)滑翔機(jī)的重量使它向地面下落 這是地心引力造成的 然而滑翔機(jī)并沒有掉下來 卻能維持?jǐn)?shù)小時(shí)的飛翔 51 滑翔機(jī)當(dāng)?shù)匦囊κ够铏C(jī)下落時(shí) 必須有一個(gè)相反的力使它留在空中 這個(gè)力應(yīng)該和地心引力足夠大 否則滑翔機(jī)就墜落了 52 53 當(dāng)你往空中扔一塊石頭時(shí) 石頭不會(huì)很長時(shí)間以后才落地 但是滑翔機(jī)卻能在空中呆數(shù)小時(shí) 為什么會(huì)這樣呢 54 55 56 升力滑翔機(jī)的機(jī)翼上的升力在地心引力作用的同時(shí)將滑翔機(jī)浮在空中風(fēng)機(jī)葉片就是應(yīng)用了這種原理 57 葉片風(fēng)機(jī)的葉片就象滑翔機(jī)的機(jī)翼 風(fēng)機(jī)就是用葉片的升力使葉輪旋轉(zhuǎn) 58 59 60 鳥的升力鳥類在數(shù)千年前就發(fā)現(xiàn)了這個(gè)物理現(xiàn)象 它們不會(huì)被地心引力束縛在地面 它們的翅膀非常適合產(chǎn)生升力 61 62 葉片需要有足夠的強(qiáng)度 這就是為什么每個(gè)葉片中間都有一個(gè)梁 這個(gè)梁和葉片一樣長 它是在一個(gè)溫度極高的袋子里用玻璃纖維澆鑄而成的 63 這兩個(gè)殼在另一個(gè)葉片生產(chǎn)廠澆鑄 它們隨后被組合成葉片 工人們用塑料制品附在玻璃纖維上保護(hù)它 制造葉片時(shí)精確度是很重要的 64 這兩個(gè)外殼被放在一個(gè)模具中 然后封閉 殼在烤爐中加熱以便玻璃纖維變得足夠硬 65 在外殼裝配在一起之前 需要將大梁安裝進(jìn)去 在大梁的上面你可以看見粘合層 66 葉片的表面必須足夠的光滑以避免風(fēng)經(jīng)過其表面時(shí)速度降下來 這就是為什么任何一處小的滑傷都要用玻璃纖維填充 最后 葉片被放置在地上拋光 直到表面足夠光滑 67 偏航風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)總是保證葉輪處于對風(fēng)的狀態(tài) 機(jī)艙頂部的風(fēng)向標(biāo)告訴控制系統(tǒng)風(fēng)的方向 當(dāng)風(fēng)變向時(shí) 機(jī)艙和葉輪的方向也隨之改變 葉輪應(yīng)該總是處于對風(fēng)狀態(tài)以便于吸收最大的風(fēng)能 69 齒輪齒輪工作原理風(fēng)機(jī)的齒輪 70 當(dāng)你騎車上坡時(shí)會(huì)怎樣做 用一檔 二檔還是最高檔 71 一檔這是很明智的做法 這樣很容易上坡 盡管你蹬的很快 爬坡速度很慢 但是這樣卻一點(diǎn)不費(fèi)勁 72 73 74 騎自行車爬上坡的確要費(fèi)一些功夫 當(dāng)女孩用最高檔爬坡時(shí)更困難 另一方面 她沒有必要在到達(dá)坡頂前蹬的那么快 75 變到第一檔時(shí) 上坡就容易多了 而這時(shí)女孩就需要蹬的快些了 76 77 78 而發(fā)電機(jī)必須轉(zhuǎn)地足夠快才能發(fā)電 這就是風(fēng)機(jī)為什么有個(gè)齒輪箱 就像自行車一樣 79 齒輪箱將每分鐘27轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速變到1500轉(zhuǎn)每分鐘 主軸以每分鐘27轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn) 而此時(shí)告訴軸速度已經(jīng)達(dá)到1500轉(zhuǎn)每分鐘 81 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)的電路電的感應(yīng)現(xiàn)象 82 發(fā)電機(jī)你見過自行車上的照明燈嗎 它不用攜帶電池 只要車輪轉(zhuǎn)動(dòng) 燈就可以一直亮著 83 發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電流 通過電線將電送到燈里 你可能會(huì)問 為什么只有一根電線就構(gòu)成了整個(gè)回路 其實(shí)自行車的框架就是另一根導(dǎo)線 只不過在一般電路中很少件而已 84 其實(shí) 這個(gè)發(fā)電機(jī)的原理很簡單 底部是一個(gè)用銅線繞成的一個(gè)線圈 線圈上面是一個(gè)磁鐵 磁鐵和銅線圈是不接觸的 一根軸將車輪和磁鐵連動(dòng)起來 當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 磁鐵也跟著轉(zhuǎn)動(dòng) 當(dāng)磁鐵在線圈上方轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 線圈里產(chǎn)生了電流 這被稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象 事實(shí)上 風(fēng)機(jī)的發(fā)電機(jī)和我們剛才說的發(fā)電機(jī)原理是一樣的 它的內(nèi)部也是磁鐵和線圈的相對運(yùn)動(dòng) 86 電纜梯子控制器燈法蘭平臺(tái) 87 88 電纜機(jī)艙內(nèi)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流通過很厚的電纜線進(jìn)入控制柜 89 梯子所有塔架內(nèi)都有一個(gè)梯子 使你能夠爬到機(jī)艙上 梯子接近塔壁 以便于在你爬上或爬下梯子時(shí)可以用后背緊靠塔壁 以保證安全 90 控制器風(fēng)機(jī)的控制裝置就是一臺(tái)計(jì)算機(jī) 它能檢查各個(gè)部件的工作狀態(tài) 如果某個(gè)部件停止工作 控制器將通過計(jì)算機(jī)向中央監(jiān)控室報(bào)告故障 91 燈塔架沒有朝外的窗戶 因此塔架內(nèi)有照明很重要 92 法蘭法蘭上的螺栓保證塔架的各部分緊密相連 93 平臺(tái)塔架內(nèi)有兩個(gè)或三個(gè)的平臺(tái)供維護(hù)人員休息 94 塔架塔架的高度塔架的兩種設(shè)計(jì)思路塔架的制造 95 看看你自己的判斷塔架頂部要安裝機(jī)艙和葉輪 那么是不是塔架必須非常高呢 塔架有多高并不重要 只要葉片不碰到地面就可以了葉輪應(yīng)該盡可能的高 這一點(diǎn)非常重要 96 塔架有多高并不重要 只要葉片不碰到地面就可以了 97 葉輪應(yīng)該盡可能的高 這一點(diǎn)非常重要 這是對的 40 70米高處的風(fēng)比地面的風(fēng)大的多 煙囪里出來的煙就可以告訴你這個(gè)答案葉輪越高 風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的能量就越大 98 格子狀的塔架塔架可以被設(shè)計(jì)為鋼結(jié)構(gòu)的格子狀支撐結(jié)構(gòu) 這種塔架十分結(jié)實(shí)而且很經(jīng)濟(jì) 筒狀塔架為大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)的塔架應(yīng)該是底部比頂部略為粗些的筒狀塔架 一個(gè)筒狀鋼結(jié)構(gòu)塔架十分結(jié)實(shí) 99 1 筒狀塔架是由許多鋼板焊接而成的單片的鋼板先被運(yùn)到生產(chǎn)塔架的工廠 你注意到?jīng)]有 鋼板的邊緣是傾斜的 如果不這樣的話 塔架就不能做成上窄下寬的筒狀了 100 2 在鋼板被焊接之前 要先把它壓成環(huán)形 照片上的工人正在用起重機(jī)搬運(yùn)鋼板 101 3 鋼板被壓成環(huán)形 這就做好了焊接的準(zhǔn)備 工人們遙控電焊機(jī)將鋼板焊接成型 102 4 豎立起來的塔架由好幾部分組成的 塔架的每一部分都有20 30米高 一些塔架有60米高 不可能組裝好再運(yùn)輸 50米高的塔架大約40噸重 但是60米高的塔架卻有80噸 103 5 法蘭被焊接在塔架每部分的兩端法蘭其實(shí)就是有很多孔的鋼環(huán) 塔架各部分的連接是用法蘭之間螺栓固定完成的 104 106 建造地點(diǎn)山的影響陡峭的山崖 107 不對 看看那些樹 山頂上的風(fēng)更強(qiáng) 當(dāng)風(fēng)遇到山時(shí)迅速向上爬升 風(fēng)速隨之增大 這就是為什么建造風(fēng)機(jī)最理想的地方應(yīng)該是在山頂 108 陡峭的山崖并不是所有的山都適合建造風(fēng)機(jī) 只有斜坡平緩的山才是最理想的地點(diǎn) 如果你把風(fēng)機(jī)放在懸崖頂上 那么葉輪面對的就是很不穩(wěn)定的氣流 110 組裝一臺(tái)風(fēng)機(jī)地基安裝風(fēng)機(jī) 111 112 沒有絕緣外殼的銅線鋪設(shè)在地