風力發動機

風力發電機是現代科學技術的產物，是人類利用自然風能將氣流的動能轉為機械能，並連接和帶動發電機運轉用來發電的一種發電設備。人類利用風力發電的嘗試，最早在19世紀末的歐洲就已經開始。20世紀三十年代，丹麥、瑞典、蘇聯和美國應用航空工業的旋翼技術，成功地研製了一些小型風力發電裝置。這種小型風力發電機，廣泛在多風的海島和偏僻的鄉村使用，它所獲得的電力成本比小型內燃機的發電成本低得多。人類最早利用風力來發電的嘗試起源於丹麥設計的垂直軸風力發電機，水平軸風力發電機最早也出現在歐洲。

風力發電機構件，特別是風機轉子葉片必須在保證結構強度與性能長期穩定的條件下實現輕量化設計。此外，為滿足經濟要求，風機構件還需具備成本效益優勢。不僅如此，較長的生產周期亦要求材料兼備高溫與易加工的特性。風機轉子葉片的材料經歷了從木材，金屬，工程塑料到玻璃鋼複合材料的發展歷程。所謂玻璃鋼就是環氧樹脂、不飽和樹脂等塑料滲入長度不同的玻璃纖維或碳纖維而做成的增強塑料，增強塑料表面可再纏玻璃纖維及塗環氧樹脂，其他部分填充泡沫塑料。泡沫在葉片中主要是提高葉片剛度、增加穩定性並且減輕葉片質量的作用。泡沫的本體力學性能會影響到夾層機構的力學性能，同時泡沫密度不同對葉片的質量分佈也會產生影響，進而影響到葉片的載荷分佈。聚氯乙烯（PVC）泡沫使用最為廣泛，屬於熱固性泡沫，也是第一種用在承載構件夾層結構中的結構泡沫芯材。但以PVC為代表的熱固性泡沫，由於無法降解和回收，對環境和資源都存在影響，隨著未來低碳經濟的發展，熱塑性泡沫如PET（Airex）等將會得到越來越多的重視和發展。

水平軸風力發電機可分為升力型和阻力型兩類。升力型風力發電機旋轉速度快，阻力型旋轉速度慢。對於風力發電，多採用升力型水平軸風力發電機。大多數水平軸風力發電機具有對風裝置，能隨風向改變而轉動。對於小型風力發電機，這種對風裝置採用尾舵，而對於大型的風力發電機，則利用風向感測元件以及伺服電機組成的傳動機構。風力機的風輪安裝在輪轂上，風力機運行時輪轂正對風向稱為上風向風力機，背對風向則稱為下風向風機。水平軸風力發電機的式樣很多，有的具有反轉葉片的風輪，有的在一個塔架上安裝多個風輪，以便在輸出功率一定的條件下減少塔架的成本，還有的水平軸風力發電機在風輪周圍產生漩渦，集中氣流，增加氣流速度。

T垂直軸風力發電機在風向改變的時候無需對風，在這點上相對於水平軸風力發電機是一大優勢，它不僅使結構設計簡化，而且也減少了風輪對風時的陀螺力。利用阻力旋轉的垂直軸風力發電機有幾種類型，其中有利用平板和被子做成的風輪，這是一種純阻力裝置；S型風車，具有部分升力，但主要還是阻力裝置。這些裝置有較大的啟動力矩，但尖速比低，在風輪尺寸、重量和成本一定的情況下，提供的功率輸出低。

水車式風力機就是採用類似水車樣式的風力機，是擷取風力的最佳設計。

• 水車式風力機的特點是可以依據風向的變化，讓葉片保持著正面迎風呈180度，順風向而轉的特點；因故擷取風力係數為1。

目前常用風力發動機大都為水平軸式風力機，這種形式的風力機其葉片須與風向成45度（最佳角度），來才能推動葉片，方能進行風力發電，如此擷取風力係數只為0.5；發電的效益較低，故而改用水車式風力機，可使用全葉面來擷取風力，讓風力擷取係數達到1:1的效果；提升風力發電的效益。