风车和风力涡轮机有什么区别?

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在左边,一辆旧的风车站在西班牙康涅格拉(Consuegra)的蓝天,而右侧的风力涡轮机则在加利福尼亚州棕榈泉附近的圣戈尔贡尼奥山口风农场发电。风车:Pixabay;风力涡轮机:罗伯特·亚历山大(Robert Alexander)/盖蒂图像

作为打击,风车的叶片也是如此风力发电机。这些庞大的消失机器已经存在了1000多年,第一批风车出现在波斯大约800 c.e。

这些早期的风车被用来准确地使用了他们的名字所暗示的 - 它们是由风经营的磨坊。风将旋转风车的叶片或叶片,旋转一个中心轴,然后将其旋转,然后旋转一台通常由大型扁平石制成的谷物磨坊,以生产面粉和其他谷物产品。这些风车也实现了另一个至关重要的目的 - 向城市和房屋抽水。可以使用风车的旋转来驱动泵,而不是旋转谷物厂。

尽管风车已经存在了很长时间,但自1888年以来,风力涡轮机就已经出现了首先已知发明家查尔斯·刷(Charles Brush)为他在俄亥俄州的豪宅创造电力而制造的风力涡轮机是为美国发电的。风力涡轮机用于从叶片的旋转中发电,而不是简单地将旋转能量转换为更机械的工作,例如转动磨坊或抽水。

“美国的风力涡轮机约为280英尺(85米),而较旧的风车通常不会前80英尺(24米),”工程师和屡获殊荣的工程师詹姆斯·赫尔辛(James Herzing)说。兴发首页x,在电子邮件采访中。“帆或叶片的大小是另一个很大的区别。风车传统上是通过轮直径测量的,看到一个8英尺(2米)的风车,在叶片上测量了8英尺的风速。另一方面,涡轮机的单叶片可能超过100英尺(30米)。”

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风车如何工作

虽然风车是文明最古老,最重要的机器,通常用于抽水或磨坊谷物,但它们确实与更新的风力涡轮机技术有其他功能差异。

风车的叶片靠近地面,因此必须利用地面附近的气流旋转。由于风流通常比在高气氛中靠近地球表面的距离要少,因此风车必须具有更大的刀片尽可能多的风。

自公元800年以来,风车就已经出现了,但它们在1800年代中期确实在流行。在1850年之后的几十年中,工业革命激发了超过600万种机械风车已安装仅在美国,就可以为泵和工厂供电,并满足其他能源需求。

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荷兰Zaan河上的Duyvis Cocoa和巧克力加工厂仍在运行一个称为“鹳”的风车。
杜卡斯/通用图像组/盖蒂图像的Prisma

这种受欢迎程度是由风车作为机械能源发生器的简单性驱动的。通过简单地将带有许多叶片的风车放置,您就可以迅速获得对自由机械能源的访问。通过刀片的旋转,旋转能可用于驱动机器通过齿轮驱动机器或用简单的水从地面上推出水吸盘泵。

随着风车在整个现代工业中的普及,也开发和完善了另一个发明:发电机。

发电机不仅能够在风吹动时使用风速,还可以通过将其转换为电能来存储旋转能量。因此,风力涡轮机的开发是完善风能利用设备的下一步。

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风力涡轮机如何工作

为了捕捉更强的气流,风力涡轮机比风车高出数百英尺。它使用与风车相同的功能原理 - 将风变成旋转能量 - 但接下来的作用是不同的。风力涡轮机内部有发电机,通常直接连接到旋转叶片杆。通过旋转发电机,可以产生电流,该电流可用于为电池充电,进出网格或直接运行电子设备。通过考虑电动机来了解其工作原理的最佳方法,但反向。电动机使用电力创造运动,而风力涡轮机则使用运动来产生电力。

更具体地说,风力涡轮机的叶片捕获了风的动能(由运动产生的能量),并将其转化为旋转能。然后,通过一系列齿轮馈出这种旋转能量,以提高发电机的速度。

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在新墨西哥州山地航空附近的建筑中,工人站在一个巨大的风力涡轮机刀片中。
建筑摄影/阿瓦隆/盖蒂图像

这些涡轮机通常以每小时5至10英里(每小时8至16公里)的风速开始产生能量,并以60 mph(96 kph)的高速关闭,因此它们不会故障或损坏自己。美国风能协会

尽管风力涡轮机确实发电,但在技术上不如风车效率。风力涡轮机的最高效率为59%,被称为贝茨极限的东西。这是由于无法利用所有风能和效率低下的旋转能量转换为机械能。

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从古代技术到未来的能源

即使效率低下,风力涡轮机还是未来的风力和电力创造方式。詹姆斯说,他“将风力涡轮机视为还原的组成部分,最终消除了我们对碳燃料的依赖。一个典型的风项目在六个月内偿还了碳足迹,提供了数十年的零排放能源。,苏格兰等一些国家已经在风能上进行了足够的投资,以至于可以产生足够的力量来为两个苏格兰燃料!”

在2018年,风大致产生全球电力的5%,使其成为仅次于水力发电的第二大可再生能源。从风车首次用作波斯和中国文明的机械骨干,到当今的大型风力涡轮机,基础技术将留在这里。

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