风能的利用

风能的利用

图片 http://www.pep.com.cn/200406/ca446599.htmhttp://pic.people.com.cn/GB/42592/3769732.html制造风能机械，利用风力发电是风能利用的两项主要内容。风力发动机是一种把风能变成机械能的能量转化装置。如图1－4所示，风力发动机由5部分组成：screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;"> （1）风轮。风轮由二个或多个叶片组成，安装在机头上，是把风能转化为机械能的主要部件。 （2）机头。机头是支承风轮轴和上部构件（如发电机和齿轮变速器等）的支座，它能绕塔架中的竖直轴自由转动。 （3）机尾。机尾装于机头之后，它的作用是保证在风向变化时，使风轮正对风向。 （4）回转体。回转体位于机头底盘和塔架之间，在机尾力矩的作用下转动。 （5）塔架。塔架是支撑风力发动机本体的构架，它把风力发动机架设在不受周围障碍物影响的高空中。 根据风轮叶片的数目，风力发动机分为少叶式和多叶式两种。少叶式有2～4个叶片，具有转速高，单位功率的平均质量小，结构紧凑的优点；常用在年平均风速较高的地区。是目前主要用作风力发电机的原动机。其缺点是启动较为困难。多叶式一般有4～24个叶片，常用于年平均风速低于3～4米／秒的地区；具有易启动的优点，因此利用率较高。由于转速低，多用于直接驱动农牧业机械。 风力发动机的风轮与纸风车转动原理一样，但是，风轮叶片具有比较合理的形状。为了减小阻力，其断面呈流线型。前缘有很好的圆角，尾部有相当尖锐的后缘，表面光滑，风吹来时能产生向上的合力，驱动风轮很快地转动。对于功率较大的风力发动机，风轮的转速是很低的，而与之联合工作的机械，转速要求较高，因此必须设置变速箱，把风轮转速提高到工作机械的工作转速。风力发动机只有当风垂直地吹向风轮转动面时，才能发出最大功率来，由于风向多变，因此还要有一种装置，使之在风向变化时，保证风轮跟着转动，自动对淮风向，这就是机尾的作用。风力发动机是多种工作机械的原动机。利用它带动水泵和水车，就是风力提水机；带动碾米机，就是风力碾米机；此类机械统称为风能的直接利用装置。带动发电机的就叫风力发电机。它们均由两大部分组成，一部分是风力发动机本体和附件，是把风能转化为机械能的装置；另一部分是电气部分，包括发电机及电气装置，把机械能转化为电能，并可靠地提供给用户。小风力发电机的容量不大，功率一般从几瓦到几千瓦，大都具有结构简单，搬运方便的优点。按风力发动机与发电机的连接方式分，有变速连接的和直接连接的两种。 在风能的利用中，蓄能是一个重要的问题。特别是对于风力发电，在很大程度上，其生命力由蓄能装置（如蓄电池）的可靠程度来决定。有了蓄能装置，在有风的时候，把多余的能量储存起来；在无风时，输出应用。各种蓄能方式的研究是风能利用的一个急待解决的重要任务。在自然界的能源中，风能是极其丰富的。据粗略估计，近期可以利用的风能总功率约为106～107兆瓦，这个数值比全世界可以利用的水力资源大10倍。但是，这笔巨大的自然财富还有待人类去大力开发。 我国是利用风能最早的国家。早在2000多年以前，利用风力驱动的帆船已经在江河中行驶，明代开始应用风力水车灌溉农田，并且出现了用于农产品加工的风力机械。 现��梅缒艿闹饕�绞绞欠缌Ψ⒌纾��暮诵氖欠缏只�?/SPAN> 风轮机可以分为水平轴和垂直轴两大类。图8－2是一种水平轴风轮机。高高的机架上装着一个可以在水平方向转动的工作台，台面上有发电机。台架的尾部装有一个尾舵，它靠风力来回转动，让风轮总是迎风转动。巨大的风轮叶片有十几米长，转动起来的力量是很大的。 在丹麦日德兰半岛北部的奥尔堡，有一座巨大的风车。安装风车和发电设备的钢筋混凝土塔有13层楼高，塔顶直径3米，塔底直径6米。风车的叶片长27米，一个叶片就有5吨重。在风力推动下，巨大的风车每分钟转40转。风车后边的雪茄烟形状的机舱里安放着发电机，它每年可发电400万千瓦时。 这座巨大的风力发电机，是一所中学、一所师范大学和一所“旅行大学”的教师和学生筹资建成的，没有向政府和工业界要一分钱。工程设计、建造以及部分零件的制造，都是数百名学生和教师一起完成的，只聘请了4位工程师和专家作指导。这是世界上业余爱好者制作的最大的风车。 垂直轴的风轮机，也叫中国式风轮机，它的“祖先”是立帆式风轮机，诞生在我国北方沿海一带，估计是在宋朝时出现的。这种风轮机的轴与风向大体垂直，是竖直向上的，风帆总是朝一个方向转动。图8－3是我国研制的垂直轴风轮机示意图，竖直的轴在风吹时转动，带动下部的发电机发电。这种风力发电站是大有发展前途的。 我国适合风力发电的区域非常广阔，特别是东南沿海和西北草原地区。这些区域的年平均风速分别达到6～8米／秒和4～6米／秒，具有相当大的开发、利用价值。 我国科技人员在七五计划期间，进行风能利用的攻关。研制了6种百瓦级、4林千瓦级和4种10千瓦级风力发电机组，使我国风力机系列55千瓦级以下品种基本齐全，性能和质量有了新的提高。主要性能指标均达到国际先进水平。其中研制的两台55千瓦发电机组，已在山东长岛安装，部分性能指标达到国外样机的水平。研制的5种风力提水机组，其中FDG－7型大流量风力提水机组，是我国目前功率最大的风力提水机组，在低扬程大流量风力提水机类型中，处于国内外领先地位。《物理世界》第二册 打印本文