这是世界上最大的风力发电机,每分钟才10-20转,它转这么慢到底怎么发电的?转一圈又能发多少电?
·先从叶片说起,叶片的形状可不是随便设计的,有点像飞机机翼的翼形。当气流经过时,叶片上下表面会产生压力差,上表面气流速度快、压力低,下表面则相反。这个压差产生的升力推动叶片旋转,和飞机起飞的原理一模一样。
但这里有个棘手问题,随着叶片旋转,不同部位的线速度差异巨大,叶根可能每小时只有几十公里,而叶尖却接近音速。如果采用固定角度,巨大的应力会让叶片像脆弱的树枝一样折断。

为了解决这个问题,工程师们将叶片设计成螺旋渐变的扭曲造型,并配备智能变桨系统,确保整个叶片受力均匀。当风速超过每秒25米9级风时,系统会自动调整叶片角度,就像帆船收帆一样降低受力。而且顶舱里的风向传感器会实时指挥整个机舱转向,确保始终正对来风方向。
·再说说它是如何发电的,叶片每分钟10-20转的转速远达不到发电机需要的每分钟3000转,这又该怎么办?答案藏在塔简里的三级行星齿轮箱里,齿轮比大概是1:100左右,叶片每分钟转10-20转,经过齿轮箱一放大,发电机就能转到每分钟1000-1500转,刚好满足发电需求。

咱们家用的电频率是五十赫兹,发电机要跟上这个节奏才行。比如发电机转速1000转极数就是6,1500转极数就是4,这样才能保证发出来的电频率对得上,能并入电网。
目前,世界上单机容量最大的风力涡轮机通常是16兆瓦和18兆瓦的海上风电机组。其中16兆瓦风电机组转一圈约发电34.2度,18兆瓦风电机组转一圈约发电44度。不过实际发电量会随风速变化,当风速低于3米每秒时,它会暂时休息,超过25米每秒则会自我保护停机。

现在很多风力发电机用的是双溃感应发电机或者永磁同步发电机。双溃的好处是转速稍微有点波动也不怕,能通过电力电子转换器调整,保证输出频率稳定,但发出来的电压还不高。一般3千伏左右得靠升压变压器升到33千伏才能送到电网里。这个过程会产生大量热量,因此塔筒内配有专门的冷却系统,确保设备在零下30摄氏度到50摄氏度的极端环境下稳定运行。

这么大的家伙建在152米高的地方,平衡起来太难了,叶片那么长,转起来的时候稍微有点不平衡就可能出大问题,而且维护也麻烦。每次检修都得先把叶片角度调到顺风向,让它停下来,再用刹车机制把发电机彻底锁死才能上去干活。