风力发电机的叶片是怎么转起来的？风力发电机必须要有叶片

大家有没有注意到一个现象，不管是风力发电机的叶片，还是家里用的风扇叶片都是三叶片，为什么呢？

理智告诉我们，肯定不是因为美观，如今风力发电机使用范围非常广，那必须要求其具有普适性，普适性包括很多方面，比如成本适中、安全性能得保证，效率还得高……

为此，科学家们大开脑洞研究过各种各样的风电设施，不仅有像飞鸟一样的“两叶片”，甚至还有光秃秃的“无叶片”？这些风电设备又是如何采风的？为何又最后都统一为三叶片了呢？

风力发电机的运作原理就是把风能转化为机械能，再把机械能转化为电能供我们使用。

它在运转时，风从叶片经过带动其旋转，然后与之相连的转子转动，转子再带动发电机运作，从而产出电能，所以影响电能产出多少的关键因素就在于风力和风速，而把风能利用到最大化就是风叶的设计问题了。

在漫长的发展过程中，人类肯定造过扇叶更多的风力发电设备，四叶、五叶以及更多都是有可能的。

但其实扇叶越多，挡住的风就越多，带动转子转动的风就越少，风力与风速成反比，而风力发电机的输出功率是风力和风速的乘积，因此就有一个最佳的叶片数让发电机输出功率最大。

然而，你以为这个答案就是三叶吗？其实不然，这个答案一般是四叶，所以素来以风车著称的荷兰，他们用来磨面粉的风车普遍以四叶为主。

那奇怪了，我们也是要追求风能利用最大化，为什么不直接跟着风车技术比较高的荷兰用四叶，要自成一派选三叶片呢？

难道荷兰其实没能最大程度利用风能，他们一直以来都被四叶片“蒙蔽”了？其实也不是，事实上，经过很多专家精密计算后得出结论，四个叶片状态下风能的转化率确实是最高的。

这样的话又有一个新问题产生了，我们刚刚还说要追求效率尽量高，我们已经知道是四叶片的转化率最高了，那为什么放着四叶片不用要用三叶片呢？

我们来举个小例子大家就很容易明白了，高中化学有一个必考的题型，给我们一个温度-转化率曲线图，图大概是这个样子：横坐标温度，纵坐标转化率，图中明确给了若干个温度，温度4和温度3相邻，温度4下转化率最高，温度3下的转化率比温度4略低一点点，但是温度4却比温度3高了几十度，问应该选择哪个温度更好。

大多数人看到这里，或许会习惯性选择峰值最高的4，但正确答案却是3。

原因其实很简单，4虽然转化率达到了最高，但也只比3高了一点点，而转化率差不多的时候，3温度远低于4，如果选4的话只是徒增了成本，在化学反应里面提高10度都要增加不少成本，当然3才是最优的了。

在这个例子里面，3其实就是风力发电机选用的三叶片，4就是与之对比效率更高四叶片。

“不就一个叶片”？其实，算来算去，还真是这个叶片的问题。

这叶片可不便宜呢，例如一个30KW的风力发电机，其叶片仅长6.3米，售价却能高达2万元，花费多出那么多只为提高那么一丁点效率，真的不划算，毕竟在基建问题中，经济账也是咱们必须重视的。

要成本再低的话直接选择双叶片设计不就行了，双叶片与三叶片相比，究竟输在哪里呢？虽然可以降低成本，但如果想要达到三叶片的效果，那么两叶片的风机就需要增加叶片面积的50%，而增加的面积费用和多一个叶片费用其实差不多，这样做可以说毫无意义。

或者可以将叶速提高22.5%，由于减少了阻力，两个叶片转起来就快多了，旋转速度的加快会伴随着噪音和震颤出现，这样就会对涡轮机造成损坏，更是得不偿失。况且，随着叶片旋转速度的加快，它们的表面质量会增加，中心轴和叶片需要更高的强度抵抗额外的压力，这又增加了成本，强风下双叶片也不稳定容易被摧毁。

简单总结一下：与双叶片相比，三叶片可以在较低的转速下产生更多的动力，三叶片对强风的抵抗性能更好，安全性也就更高；三叶片稳定性、分散性比较强，叶片增多不仅这种平衡会被打破，成本也会增加，因此三叶片也比四叶片更具经济效益，因此在二和四之间，折中选择三更好。

现在为止咱们对三叶风机了解已经差不多了，效率高、成本还算低，相比二叶和四叶的已经很不错了，但它本身也存在不少的缺点，比如视觉污染、野生鸟类受到威胁、产生噪音污染容易使癫痫病人发作、还容易使周围居民失眠甚至产生心理疾病、维修也困难…

有句话说得好，“困难其实也可以变成一种机遇”，我们一般人永远也想不到，科学家竟然能想出“垂直轴风机”，垂直风机就不用处于太高的位置，专家建议这种风机就可以直接建在大城市的楼顶，既不占用土地资源，也没有刚刚提到的那些问题。

广州能源研究所设计出了一台巨大的垂直轴风力发电机，这台发电机采用磁悬浮技术以减小摩擦，风速低至每秒1.5米都可以工作，全世界的同行都对此称赞不已。

不止我们国家在风力发电上努力，外国也一直在研究，澳大利亚的垂直轴风力发电机都已经走向屋顶了，在风速达到平均每小时30公里的情况下，大楼的风力发电机总功率将达到48千瓦，能满足该大楼所需能量的14%，要是大部分大楼都能安装上这种发电机，澳大利亚的用电就不用愁了。

科学家脑洞可不止于此，他们还发明有一种可以说造福全人类的风机——微风风力发电机，这种风力发电机要求更低，每秒1米的风速就能工作，就不要担心有没有风了，而且这种微风发电机体积非常小，科学家直言“非常方便、轻巧，广大农村可以用起来”，是一种适用于家用的发电机，可供给家庭用电的50%，这个贡献已经不小了。

有专门适用于微风的发电机，也有专门为大风设计的发电机，来自冰岛的一款风力涡轮发电机，在冰岛不仅温度极低，还伴随着持续而来的大风，这样极好的天然条件当然得利用起来，因为风大，所以产生的风能也是非常强大的，相比普通发电机，这款发电机能适应冰岛地区恶劣的天气，质量得到充足保证，并且在安装完后几乎不需要人员维护，其体积较小可以安装在屋顶上。

还有很多设计其实都来源于大自然的启迪，牛顿坐在树下都能发现万有引力，我们看见秋天落下的枫叶就只是感叹悲秋，在科学家眼中，枫叶可不止是枫叶，旋转落地枫叶种子让英国科学家眼前一亮，掉下来会打转，科学家就运用这个原理设计了一台“枫叶发电机”，这个设计不仅很有创意，还很实用呢！

生活中处处是科学，只要我们善于观察、发现，就能把普通的规律总结出来，第一个说出真理的人总是最厉害的，但其他人往往会说，这个我也知道，只是太正常不过了，大家都知道就没必要说，那我们都知道风力发电机都是三叶片的，一看就知道，可问为什么，有几个人回答得出来？不知道也没关系，不知道就多问，多问就多知，多知才敢多想，多想脑洞才能变大，才能为科学技术出一份力。