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我們在日常的生產(chǎn)活動中都離不開電，充足的電力供應(yīng)是一個國家和地區(qū)經(jīng)濟增長的重要前提條件。在全球“石化能源”越來越缺乏，對環(huán)境的污染不斷加劇的背景下，我國作為能源使用大國更是體現(xiàn)了大國擔(dān)當(dāng)?shù)母窬?，在向全世界鄭重宣?ldquo;碳中和”，“碳達(dá)峰”的目標(biāo)下，作為新能源中的風(fēng)力發(fā)電迎來了它的高光時刻。我們看見那不斷轉(zhuǎn)動著大大葉片的風(fēng)車其實就是風(fēng)力發(fā)電機，那么小伙伴們知道它的工作原理嗎？

風(fēng)力發(fā)電機是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械功，機械功帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，最終輸出交流電的電力設(shè)備。廣義地說，風(fēng)能也是太陽能，所以也可以說風(fēng)力發(fā)電機，是一種以太陽為熱源，以大氣為工作介質(zhì)的熱能利用發(fā)電機。風(fēng)力發(fā)電機組由葉輪、機艙、塔筒等基礎(chǔ)部件組成。

它的發(fā)電原理很簡單：機組利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉輪旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能，發(fā)電機再將機械能轉(zhuǎn)化為電能，然后電能通過集電線路輸送到風(fēng)電場升壓站，升壓后再輸送到電網(wǎng)，就可以變成千家萬戶使用的清潔風(fēng)電了。這一過程就好比我們小時候玩的手搖發(fā)電手電筒，使勁地?fù)u幾下，手電筒就會亮一會。

很多小伙伴可能會好奇，風(fēng)車葉子轉(zhuǎn)一圈，能發(fā)多少度電？在一般情況下，風(fēng)速只要達(dá)到3米/秒，風(fēng)車就可以旋轉(zhuǎn)發(fā)電。目前主流風(fēng)機的單機容量從1.5兆瓦到10兆瓦不等，未來可能會更大，相對來說小容量的都在陸地上，大容量的都在海里。當(dāng)然，容量越大，同等情況下發(fā)電越多。以2兆瓦的風(fēng)力發(fā)電機組為例：葉片長50-60米左右，以額定轉(zhuǎn)速運行，轉(zhuǎn)動一圈約4秒鐘，葉尖速度可達(dá)280多公里/時，堪比高鐵速度，葉輪轉(zhuǎn)動一圈約發(fā)2.2度電。

那么，風(fēng)力發(fā)電是不是風(fēng)越大越好呢？我們根據(jù)能量守恒定律知道，風(fēng)速越大提供的電能的確是越多，但當(dāng)風(fēng)速超過風(fēng)機限定速度時，風(fēng)機就要停止工作。因為如果轉(zhuǎn)速過快，離心率大大增強，慣性趨勢會打破風(fēng)機自身的平衡，葉片就容易折斷。而且事實上，發(fā)電量不取決于葉片轉(zhuǎn)速。因為風(fēng)力發(fā)電機機組中存在一個類似汽車變速箱的裝置，比如變速箱掛到1檔，那么即使葉片轉(zhuǎn)速非?？欤ㄏ喈?dāng)于油門踩到底），但通過變速箱傳動到發(fā)電機裝置當(dāng)中仍然是較為恒定的低速，有了這么個裝置，便對葉片起到了保護(hù)的作用。而在葉片恒定轉(zhuǎn)速的情況下，葉片受力增加，功率就會增加，風(fēng)機的葉片越大，功率越大，相應(yīng)發(fā)電量就越多。
我們知道風(fēng)力發(fā)電有陸上和海上之分，那么這兩者有什么差別呢？一般來說海上風(fēng)電場是陸上風(fēng)電場建設(shè)成本的兩倍，運維費用是陸上風(fēng)電場的2-4倍。這主要是由于海上施工條件差，施工難度高，再加上海上風(fēng)電遠(yuǎn)離岸邊，臺風(fēng)、風(fēng)暴潮等不利海況也會對風(fēng)電運維造成較大影響。雖然說海上風(fēng)電場前期投入比陸上風(fēng)電場大，但是大海廣袤無垠，具有豐富的風(fēng)能資源，海上風(fēng)電發(fā)電利用小時數(shù)高、不占用土地、不消耗水資源，適宜大規(guī)模開發(fā)，發(fā)電效率普遍比陸上風(fēng)電高出20%-40%。

風(fēng)力發(fā)電與常規(guī)發(fā)電相比，具有能源充足、不消耗燃料、無環(huán)境污染、占地面積小、工程建設(shè)周期短、發(fā)電技術(shù)成熟等優(yōu)點。雖然前期投入較大，但相比水電和火電，后期維護(hù)、管理費用極低，是目前新能源領(lǐng)域中技術(shù)最成熟、最具規(guī)模開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展的發(fā)電方式之一。當(dāng)然它的缺點也很明顯：受地域影響大，風(fēng)力發(fā)電機只適合風(fēng)力大的地方，在無風(fēng)地區(qū)便不起作用。 

原標(biāo)題：風(fēng)力發(fā)電機是如何工作的？