为什么水轮机的能效比风力发电机的能效高这么多?
水轮机的能效能高达百分之80多到90多,而最好风力发电机的能效只有40多点,为什么都是流体,原理一样,效果差这么多,是不是风力机的翼型抄螺旋桨桨叶的缘故?
答案很多,其中最主流的概念就是:
@疯癫的A兵者
@老毕
@还是叫XX吧
@Aeroergy
@重离子猫猫
水力发电机的能量主要来源于“水流动能”和水的“落差势能”。简单地说就是水力发电机往往建设在水坝底部,水坝把水流拦住,能量集中起来,所以拥有较大的落差势能。
而风力发电机的能量来源则只有风力的动能。风力发电机只能利用风路过“叶轮范围”时候的动能。因此,基于贝茨定律可知,风能利用率的极限只有59.3%。
那么,风力发电领域里有没有类似水流的“落差势能”的能量呢?
答案是有的,这就是在流体力学中常见的一个参数——压差阻力。
压差阻力简称压阻,是物体迎风面与物体背风吗所受压力差所引起的阻力。
压差阻力同物体的迎风面积、形状和在气流中的位置都有很大的关系。
用刀把一个物体从当中剖开,正对着迎风吹来的气流的那块面积就叫做“迎风面积”。如果这块面积是从物体最粗的地方剖开的,这就是最大迎风面积。从经验和实验都不难证明:形状相同的物体的最大迎风面积愈加大,压差阻力也就愈加大。
传统的小三叶式风力发电机(水平轴升力式风力发电机)的压差阻力几乎为零,所以这种风力发电机难以利用压差阻力。
其实诸多答主们写出的答案中,最言简意赅的应当是
@锱铢观 ,的答案水轮机是垄断!
风机是开放环境自由竞争
那么,能不能把风力发电机也设计成垄断经营呢?
确实有人进行了这方面的设计,这种风力发电机一般称为“聚风罩式风力发电机”“聚风环式风力发电机”“引流式风力发电机”或“扩散式风力发电机”。
有文献中提出,这种风力发电机的风能利用率能够达到60%,但后来有专家认为,聚风罩的面积也应当纳入风力机叶轮面积的计算,这样一平均,聚风罩式风力发电机的风能利用率又降低到了30%,因为性价比的关系,这种设计也被抛弃了。
近来,有人设计出了“全阻流微风风力发电机”技术。
全阻流微风风力发电机技术原理
这种微风风力发电机的工作原理实际上是将“聚风罩”与风力发电机叶轮融为一体,能够有效利用“气流动能”和气流的“压差阻力”。
而且与传统风力发电机不同,这种风力发电机的气流流场是将气流从叶轮外沿离开,而不是像传统风力发电机一样,让气流从叶轮中间离开。
并且,随着叶轮直径的增加,叶轮半径等同于一个杠杆结构,能够将气流的动能集中并放大,因此可以有效利用一些微风环境(风速3米每秒)进行发电。
这种风力发电最大的优势在于其风能利用率较高,尤其是在一些传统领域认为不适合发展风力发电领域的地区也可以进行风力发电。
例如在我国北方很多沿海地区,年平均风速只有3米,所以大部分居民就无法享受风力发电带来的免费能源。但如果安装了这种风力发电机,不说获得稳定的电能,利用风力进行取暖是完全没有问题的。
而且这种风力发电机还有一个优势就是不需要安装在高耸的风机塔架上,安装在楼顶甚至是地面上都是可行的。这样就能大幅度降低风力发电机的建造成本。