微動態丨風力電機為何非得是三個葉片？這與風能轉化效率有關

老式電風扇都是由三個葉片組成的。

(資料圖片僅供參考)

前些日子，家里的老電扇終于壞了，于是新買了一臺，這臺風扇不再像傳統的電扇那樣只有三個葉片，而是由許多小葉片組成，這樣設計似乎的確比傳統電扇好看多了，同時，這也使我想到了另一個問題，那就是用于風力發電的風力電機，毫無例外全部都是由三個葉片組成的，這是為什么呢？能量是不可能憑空產生的，所以風力發電也并不是憑空創造電力，它只不過是將能量進行了一次轉化，把風能轉化成了電能。既然是能量的轉化，那就必然涉及到一個問題，就是轉化效率。風能轉化率的高低與兩個因素是密切相關的，一個是風力，一個是風速。

風能轉化功率等于風力乘以風速。

現在我們假設我們的風力電機擁有眾多的葉片，多到組合成為了一個密不透風的圓盤，此時的風能轉化功率如何呢？基本為零。因為當風力電機成為一個密不透風的圓盤時，的確能夠讓作用在圓盤上的風力達到最大，但沒有風可以通過圓盤，只能從圓盤四周繞行，所以作用于圓盤上的風速就為零。任何數字乘以零都得零，所以即便風力再大，沒有風速，也沒有辦法實現轉化?？梢?，要讓風能轉化為電能，就必須要減少葉片的數量，讓風能夠快速通行，而隨著葉片數量的減少，風速會逐漸提升，作用在上面的風力會逐漸減小，要實現最大轉化功率就必須要找到一個平衡點。

現在你一定會想，風力電機都是三個葉片，那么一定是因為在三個葉片的狀態下，風能轉化功率是最高的，還真不是。

事實上，計算表明在四個葉片的狀態下，風能轉化功率才是最高的。既然如此，為什么風力電機都是三個葉片，而不是四個葉片呢？當我們遇到一個問題的時候，如果無法在科學原理中找到答案，那么答案就一定與另外一個因素有關，那就是錢。風力電機可不是電風扇，它在工作的時候要承擔極大的力和彎矩，所以制作材料必須過硬?，F代大型風力發電機的葉片通常使用鋼管或D型型鋼做縱梁、鋼板做橫梁，內部要填充泡沫塑料看，外部還要覆上玻璃鋼蒙皮。

風力電機的葉片造價不菲，所以多加一個葉片，成本就會直線上升。

在很多人的認知中，風力發電就是白嫖，畢竟風是不要錢的，不用白不用，但實際上風力發電也是要計算成本的，其中既包括風力電機的制造成本，也包括使用過程中的維護成本。既然多一個葉片，成本就會提升很多，自然要計算一下值不值得，顯然，結果是不值，所以三個葉片就成為了風力電機的標配。三個葉片是風力電機的一個主要特點，除此之外，風力電機還有另外一個特點，那就是“慢”。不管建設在哪里，也不管風力大小，風力電機的轉動速度總是慢悠悠的，這又是為什么呢？

一般風力電機的轉動速度大概為每分鐘7到12圈，以常識來判斷，這個轉速是怎么也發不了電的，事實上也的確如此。

如果要讓風力電機實現發現就必須要在內部安裝一套齒輪機構，以此來提高它的轉速。通過齒輪機構的變速，風力電機的內部轉速通常都可以達到每分鐘1500轉以上，提升幅度還真是不小。現在問題來了，既然需要高轉速，為什么不直接讓風力電機的葉片轉得快一些呢，非要用一套齒輪機構進行二次變速？轉得快，對于葉片的強度要求就高，所以限制它的速度，一方面的原因就是為了避免損壞，但這不是主要的原因。

風能轉化效率與作用在風機上的風力和通過風機的風速有關，而風力和風速又與葉片的數量有著直接的關系，不過這里所說的“葉片數量”需要用運動的眼光來看。

風力電機雖然只有三個葉片，但如果轉動速度提升，那么實際效果便可以等同于多個葉片。比如，當風力電機的轉動速度非?？斓臅r候，那么它便成為了一個可以完全將風阻隔的圓盤，此時風速又為零了，風能也就無法轉化為電能了。可見，只是給風力電機安裝三個葉片還不夠，還要保證在轉動的過程中，它的實際效果始終為三個葉片的效果，而不會因為轉得太快，而變為四個、五個或更多的葉片。

更多內容請關注公眾號：sunmonarch

標簽： 轉化效率 轉動速度 齒輪機構