風力發電機是如何工作的？發電多少年能回本？

我一直好奇 風電機這玩意兒爲啥轉這麼慢 轉一圈究竟能產生多少電 建一臺風電機又是多少年能回本呢 看完視頻終於明白了 首先 你有沒有發現風電機爲什麼幾乎清一色都是三片葉片呢 其實這是在氣動效率 結構穩定和製造成本之間找到的最佳平衡 比如兩片葉片雖然更便宜 轉的更快 但震動大 噪音大 對塔身壓力也更大 而如果是大於三片 成本暴漲不說 葉片互相擋風 效率反而下降 風機的葉片由玻璃纖維或碳纖維複合材料製成 質量輕硬度強 而設計採用的是類似飛機機翼的一型結構 當然原理也一樣 當空氣流過葉片時 葉片會改變氣流方向 從而使下方形成高壓 上方形成低壓 於是產生升力 推動葉片旋轉 而且葉片的長度非常長 一般都在八九十米 甚至超過百米 這是因爲葉片越長 掃風面積越大 能抓的風能就越多 但也不是越長越好 因爲葉片越長 葉片頂端的線速度越大 雖然風機轉速每分鐘也就不超過20轉 看着轉的慢悠悠 但葉片最頂端的速度能達到恐怖的230-280公里每小時 如果葉片再大一點 轉速一飆 後果就是直接斷葉片 炸機艙 所以工程師刻意把夜間速度鎖在65-80米每秒區間 也就是約250-290公里每小時 這也是爲什麼你覺得葉片轉的慢的原因 而且葉片被設計成扭曲形狀 靠近根部和靠近末端的角度不同 使得整片葉片受力更加均勻 避免局部受力過大而損壞 那麼問題來了 就是在自然環境風速和風向都不穩定的情況下 風機是如何控制葉片轉速和方向的呢 其實風機的每一個葉片都是可以扭轉的 葉片固定在一個整體柱缸的輪轂上 輪轂內部有液壓或電動機構 用來主動調節葉片角度 比如在小風時增加生力 在大風時減小生力 在狂風時或者需要停機維護時將葉片角度調到零 使葉片不再轉動 而爲了最大程度補風 風機必須始終正對風向 所以風機尾部安裝有風速與風向傳感器 風速儀和風向標實時感知風的變化 一旦風向偏移 計算機就會啓動電機 通過巨大的尺圈帶動整個機艙緩慢轉向風來的方向 從而持續高效發電 接下來是發電部分了 但是風輪轉速只有10-20轉每分鐘 遠遠達不到發電機需要的速度 因此 風機內部首先通過多級齒輪箱來放大轉速 齒輪箱裏先用行星齒輪承受高扭矩 再用斜齒輪多級提速 但實際運行中轉速仍會有波動 因此早期風機大量採用雙潰感應發電機 配合電力電子變換器主動調節磁場的旋轉速度 當轉速慢時 系統就補償頻率 轉速過快時 系統就抵消頻率 這樣不管葉片轉多快或多慢 輸出到電網的都始終是穩定的50赫茲 這種結構的風機也是我國早期安裝最多 同樣也是目前存量最多的兩兆瓦級風機的結構 但這種有一個明顯缺點 就是齒輪箱很容易壞 雖然理論壽命20年 但現實中很多不到七年就需要大修 因此維護很貴 於是後來工程師想出了一個辦法 就是不要齒輪箱 直接驅動發電機 爲了能讓慢轉速照樣能感應出高頻率的大功率電 工程師把發電機做成了直徑很大 磁極對非常多的永磁值區發電機 在將發電機輸出的頻率變化的電經過整流器全部整流成直流電 最後再經過逆變器把直流電精準變回50赫茲交流電 比如我國近幾年新增裝機機型都是這種了 但這種也有缺點 就是這種發電機需要大量女低等稀土磁採 前期成本較高 但好消息是我國掌握着全球90%的產能供應 那麼回到視頻開始的問題 建一臺風電機成本大約多少 又需要多少年能回本呢 這個需要看實際情況 比如我國2010-2020年那批兩兆瓦風機 單臺總投資大約2000多萬 年發電量約400-450萬度 單圈發電量約1.5-2度 而且那時候有國家補貼 算下來回本週期爲12-15年 而風機設計壽命爲20-25年 國家補貼也一拿就是20年 當年是穩賺不賠的優質資產 現在雖然沒有了國家補貼 發的電視評價入網 但隨着技術的發展 當前路上新增主流機型來到了6兆瓦 甚至更大 海上風電甚至來到了20兆瓦機型 單位投資更省 發電量更高 度電成本也越低 以6兆瓦爲例 單臺總投資約1500萬元 年發電1200-1800萬度 單圈發電量爲8度左右 回本週期可能用不了10年 好了 看完你學廢了嗎