简介

风力涡轮机是一种将风的动能转化为电能的装置。 数十万台大型涡轮机，在被称为风电场的设施里，现已产出超过650吉瓦的电力，且每年增加60吉瓦。它们是越来越重要的间歇性可再生能源来源，许多国家用于降低能源成本和减少对化石燃料的依赖。 一项研究声称，截至2009年，与光伏、水力、地热、煤炭和天然气能源相比，风能“相对温室气体排放量最低，耗水量需求最少等，对社会影响最有利”。较小的风力涡轮机用于诸如为船或旅行车提供辅助电源的电池充电以及为交通警告标志供电等应用。较大的涡轮机可以为家庭供电，同时通过电网将未使用的电力卖给公用事业供应商。

风力涡轮机的制造尺寸范围很广，有水平轴或垂直轴。大型三叶片水平轴风力涡轮机 (HAWT) 的叶片位于塔的逆风向，产生当今世界上大部分的风力发电。这些涡轮机的主转子轴和发电机位于塔顶，必须指向迎风面。小型涡轮机由一个简单的风向标指向，而大型涡轮机通常使用与偏航系统耦合的风传感器。大多数都有一个齿轮箱，它将叶片从缓慢旋转变成快速旋转，从而更适合驱动发电机。一些涡轮机使用适合较慢转速输入的不同类型的发电机。这些不需要齿轮箱，被称为直接驱动，这意味着它们将转子直接连接到发电机，中间没有齿轮箱。虽然由于需要稀土材料，永磁直驱发电机的成本可能更高，但这些无齿轮涡轮机有时比齿轮箱发电机更受欢迎，因为它们“消除了齿轮增速器，它易受大量累积疲劳扭矩负载的影响，解决相关可靠性问题和维护成本。还有伪直驱机械装置，它比永磁直驱机械装置更有优势。

大多数水平轴涡轮机的转子位于支撑塔的逆风方向。顺风机器已经建成，因为它们不需要额外的机械装置来使它们与风保持一致。在大风中，叶片也可以弯曲，减少它们的扫掠面积和风阻。尽管有这些优点，逆风设计仍是首选，因为当每个叶片在支撑塔后面经过时，风荷载的变化可能会对涡轮机造成损坏。

风电场中用于商业发电的涡轮机通常是三叶片的。这些具有低转矩波动，有良好的可靠性。叶片通常为白色，以便飞机在白天能见，长度范围为20至80米（66至262英尺）。涡轮机的尺寸和高度逐年增加。如今，海上风力涡轮机的容量高达8兆瓦，叶片长度高达80米（260英尺）。2018年准备了10至12兆瓦的设计，2022年计划建造一个带有三个118米（387英尺）叶片的“15 兆瓦+”原型。通常的多兆瓦涡轮机具有高度为70米至120米的管状钢塔，极端情况下最高可达160米。

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