本帖最后由 twq19810302 于 2022-12-21 14:19 编辑 3 y- d, b/ |, W" O8 {& G) u- P! h& I
: ?, h. i p; i6 b8 P1 d- u1 A
无论是我们对荷兰大风车的印象，还是根据中国的史料记载，利用风能的风车可以是4个叶片、6个叶片甚至更多，为什么现代利用风力发电的风机基本上都只有3个叶片呢？
1 S/ o# s) Y, n% R: i
' Z6 O0 F! E1 { % O3 w' G! Y( v, [8 \
广东粤电平远泗水40兆瓦风电场项目
4 f/ {/ R3 t3 \# w! ^ Z5 f- {4 }8 V. m! u
来来来，一起探讨其中的奥秘吧
& v6 b# }% n1 @$ D我们知道设计制造和运行风力发电机组，其目的是在同等风资源条件下，以最小的投资获取最大的收益，说白了就是要尽可能降低风机的成本、最大限度提高发电量。; R6 o+ r2 l# G
4 ^) z: T1 L; F: n, P C
 R3 {& l8 M# r Q4 {& y9 s
悠悠风机点缀着粤电湛江丰收公司农业光伏综合光伏项目
/ k- Y- B5 q4 H4 o/ a
- Y9 w, \' {8 G/ |1 r2 V) l. |# J首先，从发电功率的角度进行分析：
7 ~/ w W3 S2 r5 o" R P
- b, m( g# g+ @P（机械功率）=T（转矩）×n（转速）/9.55
' e% d, v# q: v0 W: s
/ Y; m3 z( Q( F/ T+ @0 \, ^$ v$ N也就是说机械功率与两个参数有关，一个是风轮的转矩，另外一个是风轮的转速。. `8 M1 i! A) p8 {7 o; R9 K
0 O* G2 z8 g$ }# W- {' x/ L& n
（注：风轮的转矩，是机械元件在转矩作用下都会产生一定程度的扭转变形，故又称为“扭矩”。简单的说，就是转动风轮所需要的力量的大小。）
* I5 K$ u. U) S; \* c2 {; W7 A& @5 n# j0 q( p% p
在设计功率确定的情况下，风轮转矩越高，则风轮转速就越低；风轮转矩越低，则风轮转速越高。
N7 d( j: B" ?: Y6 w3 y1 c/ j' W) P H
那我们是选择高转矩还是低转矩比较好？‍
5 |8 J. `+ [2 k9 M9 p - ^8 s7 K' N9 |/ g7 B
在设计功率确定的情况下，获取同样的机械功率，转速越高，叶尖速比就越大，转矩就越低，制造成本就越低。
2 \4 v8 u- B1 ?
7 y' Q5 o8 h7 l r: i ' l9 Q# P d. ?' R; k3 k
风机结构图 . T0 e) R' j$ [$ a! f
1 `0 ]8 g1 `/ b& ?- e+ b4 j
因此我们要尽可能降低转矩、提高叶尖速比，取得更大的风能利用系数，获取更大的发电量。& B! `2 a* J; s6 m( q! o6 I( ~# p
. D3 h& C7 M) s7 ]转矩是随着叶片数量的增加而增加。在实际应用中，3个叶片与4个叶片或更多叶片相比，3个叶片的转矩是最低的。叶片越少，转速越高，叶尖速比就越高。
7 {* e5 q2 C& h8 z+ J: R- _1 e( J( b" T) g
那2个叶片的风机$ o% s3 A0 ^. y2 w
; o' s9 C/ @& W" a: ^/ V不是转速越高、叶尖速比越高？' \0 ^4 ~8 |; _' O4 X
/ K8 v3 ]$ l8 I' W9 F4 o+ j9 |. u' \! u/ n+ t
 2个叶片的风机 / j6 b$ `( G1 p6 D8 B+ Q( b$ v
当然。但我们需要考虑的是：虽然使用2个叶片可以获取最大的叶尖速比，但是发电效率却下降了，因为使用2个叶片的转矩较低，而在低风速下，较低的转矩达不到发电的转速，就没有功率输出。
& _) k9 [; D4 a& k2 @; l9 b
; E" H) g8 j6 k4 e$ F9 o) ?& k
其次，叶片越少，额定转速越高，转速高到一定程度，叶尖的圆周线速度很大，引起风阻也大，阻力矩限制了发电功率和转速的进一步提高。
# D; Y L2 t1 z& J& p# F( u- a/ U2 y9 ]7 z- w% D/ o# n
另外，2个叶片的风机又由于叶片间空隙大，所以捕风效率不如3个叶片的风机。为了提高捕风效率，2个叶片风机的转子转速通常比3个叶片高，也会使风机噪音增大、视觉影响放大。
( C, u3 c* \, D; M3 S / D' G( j, k5 y2 b; R! J8 c
中航象州百丈50兆瓦风电项目
! v$ K. m1 [. m
# F: y& I- u7 z% _% f u所以，叶片太少也不好。 那4个叶片甚至更多叶片的风机呢？
0 t/ j' t. J2 Z' t) w0 A
2 W- N- X9 k9 L0 t) c0 g3 n
3个叶片便于风机保持平衡，当叶片数目过多，风机平衡起来较困难，而且造价高。多叶风机由于阻力较大，会产生干扰叶片旋转的不利因素，降低能量的转化率。
, j# o2 E/ V* s" E
5 h) [! q& R! ^$ b. T: V/ k- y0 @; G! i7 A/ _8 E8 Z' ]! T
所以，使用3个叶片的风机可以获得最佳叶尖速比，进而实现最大限度的能量获取，实现最大发电效率，同时具有好平衡、低成本的优点，经过长时间的验证，3个叶片的风机便成了如今最普遍的风机形式。; }- W( `- I" g/ d$ K
. F2 [, B' L/ A; x0 _% N& \8 c
( z l/ z. l o+ ?# | i2 U3 q" V9 N
So，我们的答案就是：" U4 G5 G( S4 F+ \' W
+ D0 A: d& }1 l6 q$ J
风力发电机组采用3个叶片的形式，实现了机械稳定性、发电效率、制造和安装可行性以及成本和收益的最佳平衡，为实际运用最佳实施方案。7 a: V* m) m" L, o/ \) n- ^* z
" M3 n+ `3 d- i+ \( M/ P2 I
- v) o9 b$ T! P4 B; B
* K. Y8 y: c- w/ I. m& J. j | 
发表于 2022-12-21 14:16:46
