科普|大風(fēng)車(chē)原來(lái)是這樣發(fā)電
“大風(fēng)車(chē)吱呀吱喲喲地轉”。細心的朋友可能會(huì )發(fā)現,近些年來(lái),山川田野間、荒漠戈壁灘、蔚藍海面上一座座風(fēng)力發(fā)電機組拔地而起。它們在裝扮風(fēng)景的同時(shí),也在源源不斷地為人們提供能源。
人類(lèi)在很早以前就開(kāi)始利用風(fēng)能、建設“風(fēng)車(chē)”了。公元前2世紀的波蘭,人們就建有碾米的風(fēng)車(chē)磨坊;元明時(shí)期,中國建有風(fēng)力水車(chē),用來(lái)灌溉農田?,F代風(fēng)車(chē)的雛形,則來(lái)源于1890年丹麥提出的風(fēng)力發(fā)電計劃,給風(fēng)磨安裝了發(fā)電機。工業(yè)革命期間,蒸汽機的出現,讓風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)展遇冷。直到20世紀下半葉,化石能源告急,生態(tài)環(huán)境惡化,風(fēng)力發(fā)電再次引起了人們的重視。
風(fēng)力發(fā)電機的工作原理就是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)輪旋轉,把風(fēng)的動(dòng)能轉變?yōu)轱L(fēng)輪軸的機械能,發(fā)電機在風(fēng)輪軸的帶動(dòng)下旋轉發(fā)電。它和紙風(fēng)車(chē)結構相似,由風(fēng)輪、機艙、塔筒組成。但是紙風(fēng)車(chē)為了更漂亮可以折出很多個(gè)葉片,而風(fēng)機的風(fēng)輪一般多為3個(gè)葉片,因為這樣便于平衡、性?xún)r(jià)比更高。
對于風(fēng)力發(fā)電來(lái)說(shuō),在風(fēng)速達到2.5~3m/s(微風(fēng)拂面)就可發(fā)電。隨著(zhù)風(fēng)越大它轉得越快,發(fā)的電能也越多。但是當風(fēng)速達到25~30m/s(狂風(fēng)大作)時(shí)風(fēng)機就會(huì )停止工作,進(jìn)入“防御姿態(tài)”。因為這個(gè)時(shí)候的風(fēng)可以拔起樹(shù)木摧毀房屋,如果風(fēng)機繼續工作就會(huì )損壞發(fā)電機組。
隨著(zhù)風(fēng)電的發(fā)展,風(fēng)機的葉輪直徑也逐漸增大,近15年間,葉輪直徑已經(jīng)從70m增大到250m。目前我國陸上風(fēng)電機組葉輪直徑處于200m水平,其掃風(fēng)面積超過(guò)32000平方米,相當于4.5個(gè)標準足球場(chǎng)。
人們從遠處看,可能會(huì )覺(jué)得風(fēng)機的葉片轉得很慢。但事實(shí)上由于機艙齒輪的加速作用,風(fēng)機葉片的尖部線(xiàn)速度有時(shí)能和高鐵運行速度不相上下。不同功率、不同類(lèi)型的風(fēng)機轉一圈產(chǎn)生的電量也不同,有的可發(fā)1.4度電,相當于一個(gè)普通家庭一晚上空調用電量;而有的可產(chǎn)生5.8度電,能在一個(gè)普通家庭里用一天。
風(fēng)能取之不盡,用之不竭,相比傳統的火力發(fā)電,風(fēng)力發(fā)電沒(méi)有粉塵、硫化物、二氧化碳等的排放,相對于水力發(fā)電,沒(méi)有庫區移民和蓄水對地質(zhì)構造的影響,建成周期短。近年來(lái),風(fēng)電在國家政策支持和能源供應緊張的背景下迅速發(fā)展,比如去年北京冬奧會(huì )全部場(chǎng)館的用電主要是河北張家口的風(fēng)力和光伏發(fā)電輸入的,這說(shuō)明我國可再生能源的儲備非常充足,相信“十四五”時(shí)期風(fēng)電將實(shí)現高質(zhì)量躍升發(fā)展。
(作者單位:中國電力工程顧問(wèn)集團中南電力設計院)