談?wù)勶L(fēng)力發(fā)電

索鴻英

人類利用風(fēng)力的歷史很悠久,揚帆航船和風(fēng)車提水是利用風(fēng)力的最早形式.我國早在14世紀(jì)就有關(guān)于風(fēng)車提水的記載.明代宋應(yīng)星的《天工開物》中寫道:“揚郡以風(fēng)帆數(shù)扇,俟風(fēng)轉(zhuǎn)車,風(fēng)息則止.”比國外風(fēng)車提水記載要早兩百多年.大約在16世紀(jì),荷蘭人大量使用風(fēng)車排除低洼地的海水.風(fēng)車在荷蘭建國立業(yè)上發(fā)揮了重要作用,人們常以風(fēng)車作為荷蘭的象征.19世紀(jì),由于電磁科學(xué)的發(fā)展,人們想到利用風(fēng)力發(fā)電.

風(fēng)力發(fā)電起源于丹麥,1890年,丹麥政府制定了風(fēng)力發(fā)電計劃,經(jīng)過18年的努力,世界上首批72臺單機功率為5 kW ~ 25 kW的風(fēng)力發(fā)電機問世了.現(xiàn)在丹麥仍然是世界上生產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的大國.

空氣流動便是風(fēng),它有質(zhì)量,有速度,因此具有能量.風(fēng)力發(fā)電就是要將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能.世界上風(fēng)能究竟有多少?科學(xué)家計算,地球上風(fēng)能數(shù)量驚人,可開發(fā)利用的大約為2.74 × 10⁹ MW,比地球上可開發(fā)水能大10倍,全世界每年消耗的煤所產(chǎn)生的熱能還不及每年所產(chǎn)生風(fēng)能的千分之一.我國風(fēng)能總量,理論數(shù)為3.2 × 10⁹ kW,按十分之一可開發(fā)量計算,其能量也十分可觀.

風(fēng)能十分誘人,但是風(fēng)力發(fā)電卻困難重重.一是自然原因,表現(xiàn)在風(fēng)的隨機性很大.由于太陽輻射和地球轉(zhuǎn)動,使地面各處受熱不均勻,大氣層各處溫差發(fā)生變化,加之空氣中水蒸氣的含量不同,地面的氣壓也不同,于是高壓空氣就向低壓區(qū)流動,使得風(fēng)隨時隨地可以產(chǎn)生,方向不定,大小不一,而且風(fēng)隨季節(jié)變化明顯,晝夜變化也很大.二是經(jīng)濟原因,目前風(fēng)力發(fā)電成本較高.這些都為風(fēng)的利用帶來很大困難.

風(fēng)力發(fā)電不是由單一的發(fā)電機構(gòu)成的,而是一個較高科技含量的小系統(tǒng):風(fēng)力發(fā)電機+充電器+數(shù)字逆變器.其中風(fēng)力發(fā)電機又由葉片?機頭?轉(zhuǎn)體和尾翼組成.葉片用來接受風(fēng)力使機頭內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動,機頭內(nèi)轉(zhuǎn)子是永磁體,定子繞線切割磁力線產(chǎn)生電流,轉(zhuǎn)體能使機頭靈活轉(zhuǎn)動以實現(xiàn)尾翼調(diào)整葉片方向,讓葉片始終對著來風(fēng)的方向,從而獲得最大風(fēng)能.由于風(fēng)量不穩(wěn)定,因此風(fēng)力發(fā)電機頭輸出的是頻率變化的交流電,必須經(jīng)過整流,再對蓄電瓶充電,把電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能.接著數(shù)字逆變器把電瓶里的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成220 V交流電,保證穩(wěn)定使用.

從以上分析可知,風(fēng)力發(fā)電機只是給電瓶充電,是電瓶把電能儲藏起來供使用.所以用電器的電功率大小與電瓶容量的大小有密切關(guān)系.在內(nèi)地,小的風(fēng)力發(fā)電機更適用,因為它更容易被小風(fēng)量帶動發(fā)電,而且能持續(xù)發(fā)電,比一陣狂風(fēng)更能提供較大電能.因地制宜選擇風(fēng)力發(fā)電機功率可以降低成本,經(jīng)濟適用.

現(xiàn)在能源緊張,環(huán)境污染嚴(yán)重,風(fēng)能作為一種可再生的清潔能源,日益受到人們的青睞.全世界風(fēng)電產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入規(guī)模化階段,風(fēng)能發(fā)電機容量逐年增加,國際上容量已達(dá)5 MW.風(fēng)電成本可望在十年內(nèi)再降低10%左右.我國風(fēng)能資源豐富,主要分布在東南沿海?內(nèi)蒙古?甘肅?新疆和青藏高原等地區(qū).我國無錫和湘潭地區(qū)已造出2 MW直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機.在2008年,我國青島將建成5臺5 MW級海上風(fēng)力發(fā)電機組,這是我國第一個海上大型風(fēng)力發(fā)電機項目,創(chuàng)出亞洲新紀(jì)錄.我國政府高度重視可再生清潔能源的建設(shè),風(fēng)力發(fā)電必將成為我國新能源中的一朵奇葩!

責(zé)任編輯 蔡華杰