表面上看起来,风力发电机就像是一台巨大的电风扇,同样都是由一根立柱和三片扇叶所组成的。

如果要说二者有什么不一样的地方,那应该是就是风流动的方向不同。当电风扇转动时,会将气流向前推动,于是便形成了向前吹的风,而风力电机则需要有风来吹动,它的叶片才可以缓慢地旋转起来。这样看起来,如果我们把风力电机后面的发电机换成电动机,让它的叶片反向旋转,是不是就能像电风扇一样吹出风了呢?如果真能如此,那么风力电机就变成了一种多用途的设备,有风时可以用来发电,无风时则可以变身风扇促进空气流动。

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这个想法是很好的,遗憾的是并没有办法成真,因为风力电机只是表面上看起来像电风扇,实际上却与电风扇有着本质的区别。

常见的电风扇虽然多为三个叶片,但是也可以把叶片做成四个、五个和六个,这并不会影响到电风扇的正常工作,但风力电机的叶片却只能是三个。为什么呢?因为风力电机是一种能够把风能转化为电能的设备,它必须充分考虑一个问题,那就是转化率。

影响风能转化率的两个关键因素就是风力和风速。

风力电机的叶片越多,作用在叶片上的风力就越大,但是由于叶片增多了,阻力也就相应地增大了,所以通过叶片的风速就会随之降低,而风能转化率恰好就是风力与风速的乘积,可见,要想实现最大的转化率就必须要找到一个平衡点,而这个平衡点就是四个叶片。既然四个叶片可以使风能转化率达到最大,为什么风力电机都是三个叶片呢?因为三个叶片的风能转化率只比四个叶片低一点,但却可以节省下一个叶片的成本。

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现在我们知道了风力电机为什么都是三个叶片,可这与它不能充当电风扇有什么关系呢?有关系。

风力电机之所以要使用三个叶片,是为了尽可能保障穿过叶片的风速不过分衰减,而要保障风速,除了叶片的数量以外,还有一点很关键,那就是叶片的形状。风力电机的叶片形状与电风扇是截然不同的,简单来讲,电风扇要推动气流,所以它使用的是阻力型叶片,而风力电机要让气流顺利通过,所以它使用的是升力型叶片。

升力型叶片与飞机的机翼相似,利用的都是伯努利原理。

伯努利原理简单来讲就是空气的流动速度越快,压力就越小。比如我们在没有防护门的地铁站台等车时,当列车开过来的时候会带动前面的空气快速流动,此时由于前方的空气流动速度快,而后方的空气流动缓慢,就会造成身体前方压力小、后方压力大,于是我们会产生被某种力量向前推动的感觉。飞机的机翼和风力电机的叶片都是利用了这种原理,通过叶片的形状使叶片上方的空气流动加快,从而获得升力。

升力型叶片最大限度地减小了对空气产生的阻力,所以即便我们让风力电机反过来转,它对空气的推动作用也是很小的,不可能成为一台十分给力的风扇。

风力电机不能充当电风扇的另一个原因是它的转速很慢,因为转速快了,叶片的强度是难以承受的。它转这么慢,是如何发电的?叶片虽然转得慢,每分钟只能转动7到12圈,但它的内部却有着一套齿轮机构,通过这套齿轮机构可以将风力电机的内部转速提高到每分钟1500转以上。