大家有沒有注意到一個現象，不管是風力發電機的葉片，還是家裡用的風扇葉片都是三葉片，為什麼呢？

理智告訴我們，肯定不是因為美觀，如今風力發電機使用範圍非常廣，那必須要求其具有普適性，普適性包括很多方面，比如成本適中、安全效能得保證，效率還得高……

為此，科學家們大開腦洞研究過各種各樣的風電設施，不僅有像飛鳥一樣的“兩葉片”，甚至還有光禿禿的“無葉片”？這些風電裝置又是如何採風的？為何又最後都統一為三葉片了呢？

風力發電機都是三葉片，有什麼講究嗎？

風力發電機的運作原理就是把風能轉化為機械能，再把機械能轉化為電能供我們使用。

它在運轉時，風從葉片經過帶動其旋轉，然後與之相連的轉子轉動，轉子再帶動發電機運作，從而產出電能，所以影響電能產出多少的關鍵因素就在於風力和風速，而把風能利用到最大化就是風葉的設計問題了。

在漫長的發展過程中，人類肯定造過扇葉更多的風力發電裝置，四葉、五葉以及更多都是有可能的。

但其實扇葉越多，擋住的風就越多，帶動轉子轉動的風就越少，風力與風速成反比，而風力發電機的輸出功率是風力和風速的乘積，因此就有一個最佳的葉片數讓發電機輸出功率最大。

然而，你以為這個答案就是三葉嗎？其實不然，這個答案一般是四葉，所以素來以風車著稱的荷蘭，他們用來磨麵粉的風車普遍以四葉為主。

那奇怪了，我們也是要追求風能利用最大化，為什麼不直接跟著風車技術比較高的荷蘭用四葉，要自成一派選三葉片呢？

難道荷蘭其實沒能最大程度利用風能，他們一直以來都被四葉片“矇蔽”了？其實也不是，事實上，經過很多專家精密計算後得出結論，四個葉片狀態下風能的轉化率確實是最高的。

這樣的話又有一個新問題產生了，我們剛剛還說要追求效率儘量高，我們已經知道是四葉片的轉化率最高了，那為什麼放著四葉片不用要用三葉片呢？

我們來舉個小例子大家就很容易明白了，高中化學有一個必考的題型，給我們一個溫度-轉化率曲線圖，圖大概是這個樣子：橫座標溫度，縱座標轉化率，圖中明確給了若干個溫度，溫度4和溫度3相鄰，溫度4下轉化率最高，溫度3下的轉化率比溫度4略低一點點，但是溫度4卻比溫度3高了幾十度，問應該選擇哪個溫度更好。

大多數人看到這裡，或許會習慣性選擇峰值最高的4，但正確答案卻是3。

原因其實很簡單，4雖然轉化率達到了最高，但也只比3高了一點點，而轉化率差不多的時候，3溫度遠低於4，如果選4的話只是徒增了成本，在化學反應裡面提高10度都要增加不少成本，當然3才是最優的了。

在這個例子裡面，3其實就是風力發電機選用的三葉片，4就是與之對比效率更高四葉片。

“不就一個葉片”？其實，算來算去，還真是這個葉片的問題。

這葉片可不便宜呢，例如一個30KW的風力發電機，其葉片僅長6。3米，售價卻能高達2萬元，花費多出那麼多隻為提高那麼一丁點效率，真的不划算，畢竟在基建問題中，經濟賬也是咱們必須重視的。

要成本再低的話直接選擇雙葉片設計不就行了，雙葉片與三葉片相比，究竟輸在哪裡呢？雖然可以降低成本，但如果想要達到三葉片的效果，那麼兩葉片的風機就需要增加葉片面積的50%，而增加的面積費用和多一個葉片費用其實差不多，這樣做可以說毫無意義。

或者可以將葉速提高22。5%，由於減少了阻力，兩個葉片轉起來就快多了，旋轉速度的加快會伴隨著噪音和震顫出現，這樣就會對渦輪機造成損壞，更是得不償失。況且，隨著葉片旋轉速度的加快，它們的表面質量會增加，中心軸和葉片需要更高的強度抵抗額外的壓力，這又增加了成本，強風下雙葉片也不穩定容易被摧毀。

簡單總結一下：與雙葉片相比，三葉片可以在較低的轉速下產生更多的動力，三葉片對強風的抵抗效能更好，安全性也就更高；三葉片穩定性、分散性比較強，葉片增多不僅這種平衡會被打破，成本也會增加，因此三葉片也比四葉片更具經濟效益，因此在二和四之間，折中選擇三更好。

風力發電機，還能“無葉片”？

現在為止咱們對三葉風機瞭解已經差不多了，效率高、成本還算低，相比二葉和四葉的已經很不錯了，但它本身也存在不少的缺點，比如視覺汙染、野生鳥類受到威脅、產生噪音汙染容易使癲癇病人發作、還容易使周圍居民失眠甚至產生心理疾病、維修也困難…

有句話說得好，“困難其實也可以變成一種機遇”，我們一般人永遠也想不到，科學家竟然能想出“垂直軸風機”，垂直風機就不用處於太高的位置，專家建議這種風機就可以直接建在大城市的樓頂，既不佔用土地資源，也沒有剛剛提到的那些問題。

廣州能源研究所設計出了一臺巨大的垂直軸風力發電機，這臺發電機採用磁懸浮技術以減小摩擦，風速低至每秒1。5米都可以工作，全世界的同行都對此稱讚不已。

不止我們國家在風力發電上努力，外國也一直在研究，澳大利亞的垂直軸風力發電機都已經走向屋頂了，在風速達到平均每小時30公里的情況下，大樓的風力發電機總功率將達到48千瓦，能滿足該大樓所需能量的14%，要是大部分大樓都能安裝上這種發電機，澳大利亞的用電就不用愁了。

科學家腦洞可不止於此，他們還發明有一種可以說造福全人類的風機——微風風力發電機，這種風力發電機要求更低，每秒1米的風速就能工作，就不要擔心有沒有風了，而且這種微風發電機體積非常小，科學家直言“非常方便、輕巧，廣大農村可以用起來”，是一種適用於家用的發電機，可供給家庭用電的50%，這個貢獻已經不小了。

有專門適用於微風的發電機，也有專門為大風設計的發電機，來自冰島的一款風力渦輪發電機，在冰島不僅溫度極低，還伴隨著持續而來的大風，這樣極好的天然條件當然得利用起來，因為風大，所以產生的風能也是非常強大的，相比普通發電機，這款發電機能適應冰島地區惡劣的天氣，質量得到充足保證，並且在安裝完後幾乎不需要人員維護，其體積較小可以安裝在屋頂上。

還有很多設計其實都來源於大自然的啟迪，牛頓坐在樹下都能發現萬有引力，我們看見秋天落下的楓葉就只是感嘆悲秋，在科學家眼中，楓葉可不止是楓葉，旋轉落地楓葉種子讓英國科學家眼前一亮，掉下來會打轉，科學家就運用這個原理設計了一臺“楓葉發電機”，這個設計不僅很有創意，還很實用呢！

生活中處處是科學，只要我們善於觀察、發現，就能把普通的規律總結出來，第一個說出真理的人總是最厲害的，但其他人往往會說，這個我也知道，只是太正常不過了，大家都知道就沒必要說，那我們都知道風力發電機都是三葉片的，一看就知道，可問為什麼，有幾個人回答得出來？不知道也沒關係，不知道就多問，多問就多知，多知才敢多想，多想腦洞才能變大，才能為科學技術出一份力。

TAG: 葉片發電機風力轉化率溫度