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海上風(fēng)電:風(fēng)葉轉(zhuǎn)一圈能發(fā)多少電?

風(fēng)電場為地方經(jīng)濟發(fā)展提供了源源不斷的綠色動力。相信有不少小伙伴都有過這樣的疑惑:這風(fēng)車轉(zhuǎn)得這么慢悠悠的,轉(zhuǎn)一圈能產(chǎn)出幾度電?

要回答這個問題,我們要先從風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)電原理說起。

 

風(fēng)力發(fā)電機組由葉輪、機艙、塔筒等基礎(chǔ)部件組成。它的發(fā)電原理很簡單:機組利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉輪旋轉(zhuǎn),將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能,發(fā)電機再將機械能轉(zhuǎn)化為電能,然后電能通過集電線路輸送到風(fēng)電場升壓站,升壓后再輸送到電網(wǎng),就可以變成千家萬戶使用的清潔風(fēng)電了。

可一個風(fēng)電場都由幾十甚至上百組風(fēng)車組成,這么多風(fēng)車是如何運作的呢?

每一臺風(fēng)車都由風(fēng)電場的“中樞大腦”——主控室控制,負責(zé)風(fēng)電機組運行的工作人員24小時全天候監(jiān)測,保證風(fēng)車的安全與健康。

一般情況下,風(fēng)速只要達到3米/秒(微風(fēng)拂面的感覺),風(fēng)車就可以旋轉(zhuǎn)發(fā)電。

以1500千瓦的風(fēng)機機組為例,機組葉片大約有35米長(約12層樓高)。風(fēng)力發(fā)電機每轉(zhuǎn)動一周,大概需要4~5秒(但這時的葉尖速度可達280多公里每小時,堪比高鐵速度),可以產(chǎn)生約1.4度電。在正常滿功率的情況下,一天的發(fā)電量就可供15個家庭使用1年。這樣一臺風(fēng)力發(fā)電機,每年可以減排3000噸二氧化碳、15噸二氧化硫、9噸二氧化氮。

 

風(fēng)力發(fā)電是不是風(fēng)越大越好?

根據(jù)能量守恒定律,的確風(fēng)速越大提供的電能就越多,但我們的風(fēng)能轉(zhuǎn)換器在風(fēng)速達到一定數(shù)值時,會因為強度過大而損壞,而且事實上,發(fā)電量不取決于葉片轉(zhuǎn)速。

因為風(fēng)力發(fā)電機機組中存在一個類似汽車變速箱的裝置,比如變速箱掛到1檔,那么即使葉片轉(zhuǎn)速非常快(相當(dāng)于油門踩到底),但通過變速箱傳動到發(fā)電機裝置當(dāng)中仍然是較為恒定的低速(相當(dāng)于車子還是跑不快),有了這么個裝置,也變相起到了保護作用。而在葉片恒定轉(zhuǎn)速的情況下,葉片受力增加,功率就會增加,風(fēng)機的葉片越大,功率越大,相應(yīng)發(fā)電量就越多。

接著問題又來了,那風(fēng)也不會乖乖聽話,只往一個方向吹呀?

不用擔(dān)心,風(fēng)力發(fā)電機的頭部集成有傳感器和偏航系統(tǒng),一旦風(fēng)向標(biāo)與風(fēng)速儀采集到風(fēng)向與風(fēng)速變化,偏航系統(tǒng)就會督促偏航電機調(diào)整機艙位置,使其平穩(wěn)地對準(zhǔn)風(fēng)向,最大效率利用風(fēng)能。

 

為什么要發(fā)展海上風(fēng)電?

大海廣袤無垠,具有豐富的風(fēng)能資源,海上風(fēng)電發(fā)電利用小時數(shù)高、不占用土地、不消耗水資源,適宜大規(guī)模開發(fā),發(fā)電效率普遍比陸上風(fēng)電高出20%~40%。換句話說,潛力“杠杠的”。實現(xiàn)碳達峰,風(fēng)電大有可為。

風(fēng)能是可再生能源,非常環(huán)保。而且風(fēng)能設(shè)施對生態(tài)環(huán)境影響較小。雖然前期投入較大,但相比水電和火電,后期維護、管理費用極低,是目前新能源領(lǐng)域中技術(shù)最成熟、最具規(guī)模開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展的發(fā)電方式之一。

但是,風(fēng)是一種間歇性可再生能源,在短時間內(nèi)的功率變化很大,但長時間的功率較為穩(wěn)定。這使得風(fēng)力發(fā)電無法根據(jù)需求而增減發(fā)電,不能作為基載電力來源。因此,風(fēng)力發(fā)電必須與其他的電力來源或儲存設(shè)施一起使用,才能夠提供穩(wěn)定的電源。隨著地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電增加,可能需要更多像是火力發(fā)電、核能發(fā)電的常規(guī)能源作為備用,或是升級電網(wǎng)。

不過,可以使用電力管理技術(shù)來解決這些問題,像是調(diào)度不同的再生能源與不同地理分布的發(fā)電機組,向鄰近區(qū)域的進出口電源、存儲能量等方法。因此,目前電網(wǎng)公司都在探索如何實現(xiàn)新能源的大規(guī)模消納。