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左侧,一架旧风车在蓝天下屹立,而右侧的风力涡轮机,在风力发电厂发电
随着风的吹动,风车和风力涡轮机的风向标也在转动 。这些巨大的有叶片的机器已经存在了1000多年,最早的风车出现在公元800年左右的波斯 。
这些早期的风车完全按照其名称的含义使用-它们是靠风力运转的风车 。风会旋转风车的叶片,使中心轴旋转,然后使通常由大而扁平的石头制成的碾压谷物的磨盘机旋转,用来磨面粉和其他谷物产品 。这些风车还有另一个重要的用途-把水泵入城市和房屋 。风车的转动从把旋转磨坊?换做用来驱动泵了 。
虽然风车已经存在了很长时间,但风力涡轮机大约在1888年才出现,当时美国第一个已知的风力涡轮机是由发明家查尔斯·布拉什建造的,为他在俄亥俄州的豪宅发电 。风力涡轮机通过叶片的旋转来发电,而不是简单地将旋转的能量转化为更多的机械功,如转动磨盘或抽水 。
一台风力涡轮机大约有280英尺(85米)高,而老式的风车一般不会超过80英尺(24米) 。帆或叶片的大小是它们另一个很大的区别 。风车大小传统上是用车轮直径来测量的,2米的风车,其中2米是风车叶片的直径 。而风力涡轮机的单个叶片长度可以超过30米 。
风车如何运作的
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虽然风车是人类文明中最古老和最重要的机器,通常用于抽水或磨谷物,但它们与更新的风力涡轮机技术有一些其他功能上的不同 。
风车的叶片靠近地面,因此必须利用地面附近的气流来旋转 。一般来说,接近地球表面的环流比大气中的环流要小,风车必须有更大的叶片才能尽可能多地捕捉到风 。
虽然风车在公元800年左右就已经存在了,但它们真正普及是在19世纪中期 。在1850年之后的几十年里,工业革命的推动下,仅美国就安装了600多万台机械风车,为水泵和工厂提供动力,并满足其他能源需求 。
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在荷兰扎安河畔的杜伊维斯可可和巧克力加工厂,一台名为“鹳”的风车仍在运转
?风车作为机械能发电机的简单性推动了它的普及 。通过简单地将装有许多叶片的风车安装起来,你就可以迅速获得免费的机械能源 。通过叶片的旋转,旋转的能量可以通过齿轮传动来驱动机器,旋转的能量可以通过齿轮传动来驱动机器 。
随着风车在整个现代工业中普及,另一项发明也被开发和改进:那就是发电机 。
发电机不仅可以在有风的时候使用风车,还可以将旋转的能量转化为电能储存起来 。因此,发展风力涡轮机是完善风能利用设备的下一步 。
风力涡轮机如何工作为了捕捉更强的气流,风力涡轮机要比风车高几十米 。它使用了与风车相同的功能原理-将风转化为旋转能量,但下一步是不同的 。风力涡轮机内部有发电机,通常直接连接到一个旋转的叶片杆 。通过旋转发电机,产生的电流可以用来给电池充电,输入电网,或直接运行电子设备 。跟电动机但相反 。电动机利用电力产生运动,而风力涡轮机利用运动产生电力 。
更具体地说,风力涡轮机的叶片捕捉动能(由运动产生的能量)并将其转化为旋转能 。这种旋转能量然后通过一系列齿轮来增加发电机的转速 。
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工人站在巨型风力涡轮机叶片内部
?这些涡轮机通常在风速为每小时8到16公里时开始发电,在风速接近每小时96公里时关闭,这样它们就不会出现故障或损坏自己 。
虽然风力涡轮机可以发电,但从技术上讲,它们的效率不如风车 。风力涡轮机的最大效率为59%,这被称为贝兹极限 。这是由于无法利用所有的风能,以及在将?转?动能转换为机械能方面效率低下 。
从古代技术到未来能源
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即使效率低下,但它仍是未来利用风力发电的方式 。一个典型的风能项目在六个月内偿还其碳足迹,提供数十年的零排放能源 。事实上,我们国家的风电新增装机容量已经稳居世界第一 。还有一些国家,比如苏格兰,已经在风能上投入了足够的资金,足以为两个苏格兰提供足够的能源 。
其也慢慢会成为仅次于水力发电的第二大可再生能源 。从风车首次被作为机械使用,到今天的大型风力涡轮机,这种基础技术一直存在着 。
小知识
【风车和高几十米的风力涡轮机的区别是什么 风力涡轮机和风力发电机区别】风力涡轮机只有三个叶片,以保持它们的角动量恒定 。当有三把桨叶时,其中一把指向上,另两把指向下,并以一定的角度完美地平衡了力 。如果风力涡轮机有三个以上的叶片,它们要么不稳定,要么太重,效率低下 。
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