风力涡轮机的工作原理十分简单：利用风力产生电能。风将带动涡轮机上螺旋桨状的叶片旋转，进而带动发电机转动，产生电能。

早在几千年前，人们就开始利用风能产生机械动力。埃及人在公元前5000年左右就利用风能推动尼罗河上的船只。美国殖民者利用风车在锯木厂磨谷物、抽水和伐木。如今的风力涡轮机相当于现代的风车，将风能转化为洁净、可再生的电力。

风能

风能在古代就被广泛利用。它可以用于灌溉，用风车磨谷物和推动海上运输的帆船。我们真正了解风能吗？

风能是指利用风的能量。它的产生源于地球大气中的气团之间的温度差异，因此它是太阳能的产物。由于热空气总是向冷空气传播，风就产生了，可以说风能是太阳能的一种形式，是由太阳能的三个事件同时作用而成的：太阳不均匀地加热大气、地球表面的不平整性、地球的自转。

尽管只有2%的太阳能转化为风能，但风能的潜力巨大。

风是一种永久且可再生的能源，因为地球上的气流不断形成。尽管只有1%-2%的太阳能转化为风能，并且风力涡轮机只能在风速达到5-25米/秒时利用这种资源，但风能的潜力巨大。

风力涡轮机的结构

那么，风的能量是如何转化为可利用的风能的呢？这要归功于风力涡轮机。风力涡轮机由发电机舱、叶片、轮毂和其他组成涡轮机的部件以及各种导向、控制、支撑和接地系统组成。让我们一一来看看这些组件，并简要明了地解释它们。

叶片：叶片是最关键的部件，它能够捕捉风能并将其传输到轮毂上，在那里的三个叶片与涡轮机的主轴连接。它的任务是支撑叶片并将力量传递给旋转轴。转子是由叶片和轮毂组成的整个装配件的名称。

然后，我们还有机舱，它被称为风力涡轮机的控制中心，因为在其中，我们可以找到发电机，如其名称所示，它利用风能产生电能。控制系统位于机舱内，用于监测风力涡轮机的运行状态和控制偏航驱动。还有一个电风扇用于冷却。

旋翼叶片和机舱都由塔支撑，其主要功能是将风力涡轮机架设得足够高，以捕获风速更大、湍流最少的风。每台风力涡轮机产生的电力通过地下电缆网络与变电站相连，然后从变电站输入电网。

如今，风力涡轮机的发电量从2MW到3.5MW不等，塔高从90米到140米。与以前的风力涡轮机相比，它们的产能提高了4到6倍。

风力涡轮机的工作原理

“风能”和“风力”都描述了利用风力产生机械动力或电力的过程。这种机械动力可以用于特定任务(如磨粮或抽水)，或者发电机可以将这种机械动力转化为电力。

涡轮机通过捕捉风能的叶片将其转化为机械能，其原理类似于飞机的机翼。当风吹来时，在叶片的一侧形成了一个低压区域。低压区会将叶片吸引过去，导致转子旋转。这就是动力升力。升力比风对叶片正面的压力大很多，这个压力被称为阻力。升力和阻力一起使得转子类似于螺旋桨一样旋转。

一系列齿轮将转子的转速从每分钟18转提升到每分钟1800转，这个转速可以让涡轮发电机产生交流电。

一个叫做发动机舱的流线型外壳包裹着涡轮机的关键部件，通常包括齿轮、转子和发电机。有一些较大的机舱位于塔顶部，可以让直升机降落。

另一个关键部件是涡轮机的控制器，它可以控制转子的旋转速度，使其不会因大风而受损。风速计连续测量风速并将数据传输给控制器。在紧急情况下，机舱内还配备了刹车器，可以通过机械、电力或液压方式停止转子。

风力涡轮机的应用

风力涡轮机被广泛应用于各个领域，从利用海上风能资源到为个别家庭供电：

大型风力涡轮机通常被公共事业公司用于向电网供电，其功率范围从100千瓦到数兆瓦不等。这些大规模涡轮机经常被放置在风力发电场中，以产生大量电力。风力发电场可以由几个或几百个涡轮机组成，为成千上万户家庭提供足够的电力。

小型风力涡轮机的功率最高可达100千瓦。小型涡轮机有时会与柴油发电机、电池和光伏系统相连接。这种系统称为混合风力系统，通常用于偏远的离网地区，这些地区无法接入公共电网。