風力發(fā)電基礎知識介紹

風力發(fā)電原理介紹 2 在這里你將了解 風是如何形成的風力發(fā)電機是如何發(fā)電的 概要 3 風風的產生風和對流層從地理上看風的形成 風的形成 4 風的形成 5 米勒正站在兩個溫度不同的房間的門口 你能看出來哪個房間的溫度更高嗎 看看燭火 它在朝哪個方向偏 當熱空氣進入溫度低的房間 氣流上升 在門口形成了風 風的形成 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入溫度高的房間 風的形成 7 由于兩個屋子之間有溫度差 風就一直在吹 壁爐里的火加熱了空氣 熱空氣流動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 風的形成 8 風的形成 1 當太陽光照射到地球表面時 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 風的形成 10 3 這些冷空氣逐漸向海洋上方移動 在這里下沉并被向陸地方向擠壓 空氣向陸地的流動就是我們所說的風 因此 說明太陽是風形成的原因所在 風的形成 11 1 大氣層包圍著地球它的內部被稱為對流層 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 風的形成主要有兩個原因 地球總是繞著自己的中心軸旋轉 當地球轉動時 對流層靜止不動 這樣你的腦海里可能就會有風形成的概念了 而事實上在地表數百米的空氣層是跟著地球旋轉的 因此如果所有空氣 包括地表附近 完全靜止 那么風就不能形成了 風的形成 12 13 14 風機如何發(fā)電 15 風中蘊含的能量 從風中得到能量的3個主要因素 風速通過葉輪的風的橫截面葉輪的轉換效率 輸電系統 發(fā)電機或泵 對風能進行百分之百的利用是不實際的 這是因為在利用過程中要中斷風流 而這一中斷將會阻止一部分空氣通過葉輪 因此 一臺效率100 的航空發(fā)電機最多只能將風中可利用能量的60 轉換為機械能 設計良好的葉片能夠引出理論最高限度的70 但轉換機構的損耗會將總效率減少到35 或以下 16 風速產生的力量 17 風能轉換的過程 Wind風 OutputPower輸出功率 18 塔架機艙變壓器葉輪基礎 裝配一臺風機一臺風機是由許多部分組成的 風機的構成 19 葉輪葉輪被固定在大的主軸上 大的葉輪有三個吸收風能的葉片 風速足夠大時就會驅動葉輪旋轉 機艙的內部結構 20 主軸主軸與齒輪箱連接 葉輪用很大的力使主軸轉動 因此軸必須足夠粗 機艙的內部結構 21 齒輪箱大型風機葉輪的旋轉速度在每分鐘27轉左右 而發(fā)電機的轉速要在每分鐘1500轉左右 因此就需要齒輪箱將27轉變?yōu)?500轉 機艙的內部結構 22 偏航軸承巨大的齒輪環(huán)被安裝在機艙下部 塔架內 齒輪環(huán)與偏航電機的齒相嚙合 這樣使機艙偏航對風 機艙的內部結構 23 發(fā)電機發(fā)電機達到轉速后開始產生電流 電流通過粗的電纜被送到塔架下面的控制柜 機艙的內部結構 24 散熱器發(fā)電機高速轉動時產生熱量 如果溫度過高發(fā)電機就會損壞 這就是為什么電機需要冷卻 在一些風機上采用水冷卻方式 而散熱器再將水冷卻 機艙的內部結構 25 偏航電機偏航電機將機艙轉動以便使葉輪準確對風 機艙的內部結構 26 控制器風機控制柜里是一臺能控制風機各個部件的計算機 計算機使機艙偏航對風 當風速儀所測風速達到某一定值時 計算機發(fā)出命令釋放剎車 使葉輪轉動 機艙的內部結構 27 風速儀風速儀用來測量風的速度 它隨時將風速信息傳到控制器中 機艙的內部結構 28 風向標風向標隨風向擺動 它告訴控制系統風的方向 計算機啟動偏航電機偏航使葉輪對風 機艙的內部結構 29 機械剎車當風機需要被維修或例行維護時 機械剎車將葉輪鎖定 使其停止轉動 機艙的內部結構 30 高速軸高速軸將來自齒輪箱的能量傳遞到發(fā)電機 此時高速軸的轉速達到每分鐘1500轉 機艙的內部結構 32 風機的工作原理 它是如何工作的 機艙葉輪齒輪箱發(fā)電機塔架風建造地點組裝一臺風機 33 機艙主軸齒輪箱高速軸機械剎車發(fā)電機控制器風速儀風向標偏航電機偏航軸承冷卻系統葉輪 34 主軸葉輪被用螺栓固定在風機主軸上一個強度很高的圓盤上 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 齒輪箱這是機艙內部的齒輪箱 齒輪箱內部有齒輪傳動裝置 內部齒輪之間相互嚙合 葉輪轉速在每分鐘27轉左右 主軸緩慢旋轉將很大的力傳送到齒輪箱里 通過傳動裝置將轉速成比例提高 36 高速軸發(fā)電機與齒輪箱是通過高速軸連接的 高速軸轉動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的原因 另一方面 高速軸轉速很快 達到了每分鐘1500轉 37 機械剎車一臺風機有兩套原理不同的剎車 一套是葉尖剎車 另一套是機械剎車 機械剎車被安裝在發(fā)電機與齒輪箱之間的高速軸上 它僅僅被用在當葉尖剎車失敗需要緊急剎車時 當風機在停機檢修狀態(tài)時 啟動剎車裝置以避免因風機突然啟動而產生的隱患 38 發(fā)電機發(fā)電機用來產生電流 其內部有一些磁鐵和大量的銅線 發(fā)電機轉動就產生了電流 如果你的自行車上有發(fā)電機照明裝置 你就已經了解了發(fā)電機了 當自行車輪轉動時發(fā)電機被帶動 產生電流供照明 39 控制器風機始終被若干臺計算機控制著 這些計算機被統稱為風機控制系統 其中主要的計算機被稱為控制器 風機的每一個變化都被控制器監(jiān)控著 并做一定的處理 控制器時時刻刻監(jiān)視著風機應該或不應該發(fā)生的情況 40 風速儀風速儀時刻測量著風的速度并通知風機控制器在風速足夠時將風機偏航到對風狀態(tài) 并啟動 時刻監(jiān)測風速是十分重要的 因為在風速過大時會使風機毀壞 這就是為什么當風速超過25m s時 風機就會自動停下來 而當風速降低時 風速儀會告訴控制器可以開機啟動了 41 風向標風向標總是跟隨著風的方向擺動 在風向標的底部有一個很小的傳感器 它可以將風向信號傳給控制器 而控制器會告訴偏航電機將機艙轉向葉輪對風位置 42 偏航電機葉輪應該總是處在對風狀態(tài) 以便于風輪最大程度的吸收風能 偏航電機就起轉動機艙使葉輪對風的作用 在偏航電機下面有一個小齒輪 用來與偏航軸承嚙合 43 偏航軸承偏航電機下面有一個小齒輪與一個巨大的齒輪嚙合 這個大齒輪叫做偏航軸承 一些小的偏航軸承是外齒 而大型風機的偏航軸承一般是內齒 相同的是它們都要依靠偏航電機的驅動 44 冷卻系統 散熱器 發(fā)電機轉動時會產生大量的熱 熱量如果不能及時排除就會對發(fā)電機有損壞 因此非常有必要在發(fā)電機因為過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 冷水被導入一些隱藏在發(fā)電機外殼里的管中 水冷卻了發(fā)電機加熱了水本身 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)電機的同時不斷的循環(huán) 溫度卻不會升高 45 葉輪所有大型風機都有三個葉片組成葉輪與主軸連接 而每種風機的葉片長度都有所不同 比如有一種風機葉片長度為25 27米 而最大的風機的葉片達到39米 這相當于一懂13層的高樓 47 葉輪大氣壓力滑翔機升力葉片鳥和升力葉片制造廠偏航 48 大氣壓力當你在坐過山車時 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 當空氣壓力迅速改變時 耳膜會隨之凹進或凸起一些 海拔高的時候大氣壓下降 耳膜會凸起一些 因為你頭部內的空氣壓力要與外界保持一致 49 滑翔機滑翔機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 滑翔機滑翔機的重量使它向地面下落 這是地心引力造成的 然而滑翔機并沒有掉下來 卻能維持數小時的飛翔 51 滑翔機當地心引力使滑翔機下落時 必須有一個相反的力使它留在空中 這個力應該和地心引力足夠大 否則滑翔機就墜落了 52 53 當你往空中扔一塊石頭時 石頭不會很長時間以后才落地 但是滑翔機卻能在空中呆數小時 為什么會這樣呢 54 55 56 升力滑翔機的機翼上的升力在地心引力作用的同時將滑翔機浮在空中風機葉片就是應用了這種原理 57 葉片風機的葉片就象滑翔機的機翼 風機就是用葉片的升力使葉輪旋轉 58 59 60 鳥的升力鳥類在數千年前就發(fā)現了這個物理現象 它們不會被地心引力束縛在地面 它們的翅膀非常適合產生升力 61 62 葉片需要有足夠的強度 這就是為什么每個葉片中間都有一個梁 這個梁和葉片一樣長 它是在一個溫度極高的袋子里用玻璃纖維澆鑄而成的 63 這兩個殼在另一個葉片生產廠澆鑄 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它 制造葉片時精確度是很重要的 64 這兩個外殼被放在一個模具中 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經過其表面時速度降下來 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 偏航風機的控制系統總是保證葉輪處于對風的狀態(tài) 機艙頂部的風向標告訴控制系統風的方向 當風變向時 機艙和葉輪的方向也隨之改變 葉輪應該總是處于對風狀態(tài)以便于吸收最大的風能 69 齒輪齒輪工作原理風機的齒輪 70 當你騎車上坡時會怎樣做 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 但是這樣卻一點不費勁 72 73 74 騎自行車爬上坡的確要費一些功夫 當女孩用最高檔爬坡時更困難 另一方面 她沒有必要在到達坡頂前蹬的那么快 75 變到第一檔時 上坡就容易多了 而這時女孩就需要蹬的快些了 76 77 78 而發(fā)電機必須轉地足夠快才能發(fā)電 這就是風機為什么有個齒輪箱 就像自行車一樣 79 齒輪箱將每分鐘27轉的轉速變到1500轉每分鐘 主軸以每分鐘27轉的速度旋轉 而此時告訴軸速度已經達到1500轉每分鐘 81 發(fā)電機發(fā)電機發(fā)電機的電路電的感應現象 82 發(fā)電機你見過自行車上的照明燈嗎 它不用攜帶電池 只要車輪轉動 燈就可以一直亮著 83 發(fā)電機產生電流 通過電線將電送到燈里 你可能會問 為什么只有一根電線就構成了整個回路 其實自行車的框架就是另一根導線 只不過在一般電路中很少件而已 84 其實 這個發(fā)電機的原理很簡單 底部是一個用銅線繞成的一個線圈 線圈上面是一個磁鐵 磁鐵和銅線圈是不接觸的 一根軸將車輪和磁鐵連動起來 當車輪轉動時 磁鐵也跟著轉動 當磁鐵在線圈上方轉動時 線圈里產生了電流 這被稱為電磁感應現象 事實上 風機的發(fā)電機和我們剛才說的發(fā)電機原理是一樣的 它的內部也是磁鐵和線圈的相對運動 86 電纜梯子控制器燈法蘭平臺 87 88 電纜機艙內發(fā)電機產生的電流通過很厚的電纜線進入控制柜 89 梯子所有塔架內都有一個梯子 使你能夠爬到機艙上 梯子接近塔壁 以便于在你爬上或爬下梯子時可以用后背緊靠塔壁 以保證安全 90 控制器風機的控制裝置就是一臺計算機 它能檢查各個部件的工作狀態(tài) 如果某個部件停止工作 控制器將通過計算機向中央監(jiān)控室報告故障 91 燈塔架沒有朝外的窗戶 因此塔架內有照明很重要 92 法蘭法蘭上的螺栓保證塔架的各部分緊密相連 93 平臺塔架內有兩個或三個的平臺供維護人員休息 94 塔架塔架的高度塔架的兩種設計思路塔架的制造 95 看看你自己的判斷塔架頂部要安裝機艙和葉輪 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該盡可能的高 這一點非常重要 96 塔架有多高并不重要 只要葉片不碰到地面就可以了 97 葉輪應該盡可能的高 這一點非常重要 這是對的 40 70米高處的風比地面的風大的多 煙囪里出來的煙就可以告訴你這個答案葉輪越高 風機產生的能量就越大 98 格子狀的塔架塔架可以被設計為鋼結構的格子狀支撐結構 這種塔架十分結實而且很經濟 筒狀塔架為大型風力發(fā)電機設計的塔架應該是底部比頂部略為粗些的筒狀塔架 一個筒狀鋼結構塔架十分結實 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到生產塔架的工廠 你注意到沒有 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搬運鋼板 101 3 鋼板被壓成環(huán)形 這就做好了焊接的準備 工人們遙控電焊機將鋼板焊接成型 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 建造地點山的影響陡峭的山崖 107 不對 看看那些樹 山頂上的風更強 當風遇到山時迅速向上爬升 風速隨之增大 這就是為什么建造風機最理想的地方應該是在山頂 108 陡峭的山崖并不是所有的山都適合建造風機 只有斜坡平緩的山才是最理想的地點 如果你把風機放在懸崖頂上 那么葉輪面對的就是很不穩(wěn)定的氣流 110 組裝一臺風機地基安裝風機 111 112 沒有絕緣外殼的銅線鋪設在地