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风力发电机的转速为什么都这么慢，这样能发上电吗？

科学角度观世界 • • 新闻 • 阅读 45

风能属于一种可再生清洁能源，随着人类对能源需求的不断增大，人类逐渐开始加大对风能的利用，在广阔的草原中，山坡上甚至是海面上，经常能够见到风力发电机的身影，但我们看见那些旋转的发电机可能都会有这样的疑问，风力发电机的叶片为什么都转得这么慢，这样能发上电嘛？

风力发电机的转速为什么都这么慢，这样能发上电吗？

之所以风力发电机的转速调整至我们所见到的那样，其实是综合了很多因素进行考虑的。

风力发电机叶片质量较大，转动起来比较费力

很多人以为风力发电机就像是一个小小的风车，没有多大，特别是我们从远处看见一大片的风力发电机时，更是有这种感觉，但事实并不是这样，风力发电机完全可以称得上是“庞然大物”，风力发电机的一个叶片就长达60米，要知道一架中型客机的翼展也就30米左右，普通的大型客机翼展才能勉强达到60米，如此巨大的叶片虽然使用的是高强度低密度的材料，但质量也不会太小，通常有十几吨重，而三个这么大质量的叶片要转起来自然就显得有点费劲了。

风力发电机的转速为什么都这么慢，这样能发上电吗？

看到可能就有人会这么想了，既然这么大的风机转起来困难，为什么不做小一点呢？这就与发电机的迎风面积有关了，当叶片太小，迎风面积自然也小，通过叶片的风变少了，那么单个发电机发出的电也会变少，那么如果通过增加发电机数量可以弥补吗？实际上数量增加的同时也增加了建造成本，总体来看，如果发出一样的电，小叶片发电机的成本反而更高。但风机也不能做得太大，一方面受到材料的限制，另一方面安装也会更加困难，综合以后，于是有了我们现在所用大小的风机。

风力发电机的转速为什么都这么慢，这样能发上电吗？

转速越大并不代表发电越多

风力发电机的叶片转动时，会带动内部一个巨大的齿轮一起转动，而大齿轮带动小齿轮时，转动速度也会发生明显的变化，这个结构用一个我们最熟悉的方式表达，就相当于一个变速箱。我们看见的叶片转动速度很慢，但风机内部其实通过变速箱带动着发电机在高速旋转。

风力发电机的转速为什么都这么慢，这样能发上电吗？

当然，风力发电机发电的功率不仅和转速有关，还与扭矩有关，功率=扭矩×转速×K，k为常数，当转速较小时，通过增加扭矩，同样可以增加输出功率，因此，为了延长风力发电机的耐久性，通常不会让叶片的转动速度过快，由于风力发电机的叶片巨大，高速转动产生的离心力也是很大的，长期的高强度离心运动也会损害叶片的寿命，严重的话可能会直接被破坏。所以风力发电机在遇到强风的时候，反而会开启保护模式进行停机，中止发电，以保护风机。

风力发电机的转速为什么都这么慢，这样能发上电吗？

转速太快也会影响发电效率

实际上风机的叶片在转动时，也会阻碍风的运动，转速越大，阻碍作用越强，当达到某一个值时，那么风能的利用率也会开始降低。为了便于大家理解，我们可以想象两个极端的例子，假如风机的转速接近于无限大的时候，叶片的转动就相当于直接形成了一块密封的板子，挡住了风的流动，这个时候风都得绕道而行，那么自然就没有很好的利用好这些风能，这个时候风能的利用率相当于是零。另一种情况就是风机转速直接为零，这个时候，风能也完全没有被利用，而在转速为零与转速无限大的区间，存在一个风能利用率最高的转速，这个转速与很多因素有关，这里就不过多地展开讨论了，结果就是我们所看见的风机转速与理论上的最佳转速相差不大，通过调整至最佳转速，这个时候的风能利用率也是最高的。

风力发电机的转速为什么都这么慢，这样能发上电吗？

总结

所以，风力发电机看起来慢悠悠，实际机身内部正在进行着高效率的发电。看似简单的风机发电机，实际上在设计之初就考虑了各种因素对风机发电效率的影响，简单的现象背后拥有着复杂、严密的科学道理。

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