当风力发电机上站个人,我们可以感受下风机有多大 | 图源网络
更为显著的优势是接入电网时的稳定性。天气变化无常,风的大小飘忽不定。从功率角度而言,当风较小时,可以通过调整叶片攻角来获得最佳发电功率,风速达到3m/s(清风拂面),就可以让风机进入工作状态,也就是说,虽然细,但是动力仍然足!而若大风天来临,可以看到当风速越来越大,攻角自然会越来越大,叶片将自然进入到失速状态(也可以调整叶片位置)!由此一来,极大地保证了功率的稳定性。对于飞机而言,失速可能是极其危险的,但是对风力机而言,却是一道稳定性的保障。在正常满功率的情况下,一天的发电量就可供15个家庭使用1年。目前的主流风机,正是上述的升力型风机。
下面我们来看看大风车的情况。实际上,直接利用风的“推力”来进行做工的情况是有的,我们将其称为阻力型风力发电机。一个很像大风车式的具体实现是荷兰四叶式风车:
左图为挂起帆的工作状态 | 图源网络
当需要风车运转时,就挂起帆来增大迎风面,就可以相当高效地利用风能啦!荷兰地处欧洲西海岸,气候多风,本身有着丰富的风力资源。而荷兰本身地势低平,他们就想办法围坝排水,与大海争夺土地,风车就成了提水的一个很好的选择,不仅如此,风车还用于磨面发电等用途,为荷兰建设家园建立了不可磨灭的功勋[5]。实际上,阻力型风机的设计多种多样。
左边为水平轴阻力型风力机,右边为垂直轴阻力型风力机,有较大的迎风面 | 图源网络
但是与升力型风机相比,则有两个明显的缺点:一方面,由于巨大的迎风面,在制造大型风机时有很明显的技术困难;另一方面,输出功率难以保持稳定。当面对极端天气,需要收起巨大的迎风面,来避免损坏,而伸缩式的设计无疑需要消耗更多的资源。
祝愿将来风力机的设计愈加优化,风力资源得到高效利用!
3.更多的问题:叶轮!
叶片在与流体的共舞中,完成了动能和机械能的转换。在这个美妙的过程中,还有更多自然出现而无比吸引人的问题,比如主流的升力型风力发电机为什么采用3叶,而不是2叶或者4叶?
比如,直升机的升力来源有什么不同吗?
比如,为什么同样是用于提供动力,飞机和轮船发动机的叶片差别为啥如此之大?