​风力发电机叶片的设计原理是什么_风力发电的原理

风力发电机叶片的设计原理是什么_风力发电的原理

风能很早就被人们利用来抽水、磨面等，现代，人们感兴趣的是如何利用风能来发电。风力发电是把风的动能转为电能，由于风是地球大气层不同地方吸收太阳能差异形成的，因此，风力发电实际上是人类对太阳能的再利用。

风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再通过齿轮变速箱将旋转的速度变速，带动发电机发电。

风力发电装置，称为风力发电机组，结构组成大体上可分为风轮、发电机和铁塔三部分，小型发电机还有尾舵（风轮后面安装的类似风向标的结构）。

风轮的作用是把风的动能转化为机械能，由两只(或多只)叶轮组成，风作用于叶轮产生空气动力驱动叶轮转动，风轮与发电机联在一起。

风力发电机由机头、转体、（尾翼）、叶片（风轮）组成。机头（感应电机或异步发电机）的转子是永磁体，定子绕组切割磁感线产生电能，现代风力发电机，最大输出功率在500瓦至1500千瓦。风力发电机可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两类。

一般说来，三级风（约每秒三米的微风）就有利用价值，但从经济合理角度出发，风力愈大，经济效益也愈大。由于风轮的转速低，风的大小和方向经常变化，使风轮转速不稳定，为了使发电机转速稳定，且要把转速调节到发电机的额定转速，还安装有齿轮变速箱和调速机构（相当于变速器）来维持稳定的转速。

铁塔是支承风轮和发电机的架子，要具备足够的强度，之所以建造得比较高，是为了获得较大和较均匀的风力，铁塔的高度由地面障碍物对风速影响和风轮直径决定的。

为什么风轮的叶片要做得这么长呢？一般在6-20米。

根据空气动力学原理，有以下几个原因。

第一，叶片的长度影响扫风圆面积的大小，叶片旋转的圆面积越大，单位时间内冲击叶片的空气质量越大，风对叶片所做的功越多，叶片捕获的风能越多，发电效率或者说发电功率越大。注意：叶片长度与发电机输出功率大小有很大关系。

第二，发电机的叶片是一个旋转的轮轴，转动的叶片是轮子部分，转动轴是轴心，此轮轴为省力轮轴，可以看成一个变形杠杆，风对叶片产生的平均力为动力，动力臂是叶片，叶片越长，动力臂越长越省力，可以充分利用微小风力（3级的微风）发电，可以提高发电效率。

城市中的小型风力发电机

第三，叶片不能做得太宽、太长、太重。叶片面积大小与叶片获得风能大小关系不大（与旋转圆面积大小有关），叶片过长、面积过大，必然增加重力，会导致支架受力过大易折断，过重，叶片惯性较大，紧急制动对风机与塔架影响较大，更影响使用寿命。合适的长、宽、重，是通过实验和计算达到的最佳发电效率。

制作叶片的材料要具备密度轻小、强度大、抗疲劳、能经受住暴风、暴雨等极端恶劣条件的考验，不得对电磁波产生干扰和反射，不得反射太阳光，不得产生过大噪声，耐腐蚀，抗紫外线照射，防雷性能好，叶片的弹性、旋转惯性及其振动频率都要满足整个发电系统的稳定性，叶片材料表面须光滑以减小风阻等。随着风电产业的发展，对叶片要求越来越高。

风能作为一种清洁可再生能源，越来越受到世界各国的重视。风力发电，永不枯竭，基建周期短，装机规模灵活。有人估测，全球风能约为2.74×10^9MW，可利用风能为2×10^7MW，是地球上可利用水能总量10倍之多。我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，其中，陆地风能储量约2.53亿kW，海上风能储量约7.5亿kW，对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海、岛屿、草原牧区、山区和高原地带，风力发电大有可为。