會(huì)發(fā)電的大風(fēng)車

沉舟舟

在高原、平原和島嶼上，我們常常能看到高大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的身影，你是否有過(guò)疑問(wèn)，這些大風(fēng)車?yán)鲜寝D(zhuǎn)得慢悠悠的，能發(fā)電嗎？

為什么風(fēng)力發(fā)電機(jī)都是3個(gè)葉片？

這是考慮各種因素后折中的選擇。3片槳葉比2片槳葉的發(fā)電效率高，而成本又較4片槳葉或更多槳葉的成本低，可以在機(jī)械穩(wěn)定性、發(fā)電效率、制造和安裝的難度，以及成本和收益之間，取得一個(gè)最佳平衡，因此現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)普遍采用3片槳葉。

慢悠悠的大風(fēng)車，能發(fā)電嗎？

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的內(nèi)部有個(gè)齒輪箱，一端接著低速轉(zhuǎn)動(dòng)的槳葉，另一端接著發(fā)電機(jī)。通過(guò)齒輪箱內(nèi)多組大小齒輪的嚙合傳動(dòng)，可以將轉(zhuǎn)速提高50倍。也就是說(shuō)，看上去轉(zhuǎn)得慢悠悠的大風(fēng)車，內(nèi)部的發(fā)電機(jī)其實(shí)轉(zhuǎn)得飛快。

風(fēng)的速度和方向總在變化，會(huì)影響發(fā)電嗎？

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉輪會(huì)轉(zhuǎn)頭，稱為偏航系統(tǒng)，它就像人的脖子一樣，可以改變朝向。風(fēng)從哪兒來(lái)，葉輪就扭向哪兒去，讓風(fēng)力發(fā)電機(jī)始終處于迎風(fēng)的狀態(tài)，充分利用風(fēng)能，提高發(fā)電效率。

每片槳葉也都可以轉(zhuǎn)動(dòng)角度，稱為變槳系統(tǒng)。當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)角度，使葉面與風(fēng)接觸的面積發(fā)生變化，將吸收的風(fēng)能始終控制在需要的范圍內(nèi)。在風(fēng)速過(guò)快的時(shí)候，變槳系統(tǒng)也可以避免狂風(fēng)對(duì)槳葉產(chǎn)生太大的沖擊力。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)怎么停下來(lái)？

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)生故障或需要檢查維護(hù)的時(shí)候，就要用到主機(jī)中一個(gè)叫制動(dòng)器的裝置，它能夠緊急制動(dòng)，將轉(zhuǎn)軸鎖住，風(fēng)車轉(zhuǎn)不動(dòng)了，發(fā)電機(jī)也會(huì)停止工作。

此外，大風(fēng)車上還有一個(gè)電子控制器，能夠不斷監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)，當(dāng)齒輪箱或發(fā)電機(jī)溫度過(guò)熱的時(shí)候，控制器可以控制制動(dòng)器緊急制動(dòng)，讓大風(fēng)車停下來(lái)。

為什么風(fēng)力發(fā)電機(jī)都那么高大？

支撐風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基座叫塔架，塔架的高度從30米到160米不等。之所以要修那么高大，是因?yàn)橥ǔｋx地面越高的地方，風(fēng)速越快，發(fā)電機(jī)也就能夠?qū)⒏嗟娘L(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能。

此外，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的槳葉越長(zhǎng)，吸收的風(fēng)能越大，產(chǎn)生的電能就越多。因此許多風(fēng)力發(fā)電機(jī)的槳葉都做得很長(zhǎng)，甚至有的一片槳葉就長(zhǎng)達(dá)123米。這樣一來(lái)，整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)就相當(dāng)高大了。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)不怕被雷劈嗎？

風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常安裝在開(kāi)闊的地方，作為地面上突出的高大建筑，的確很容易引來(lái)雷電。為此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)都帶有防雷接地系統(tǒng)，當(dāng)雷電擊中風(fēng)力發(fā)電機(jī)時(shí)，防雷接地系統(tǒng)能夠?qū)⒗纂姷碾娏鲗?dǎo)入地下。

大海上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)都站在哪里？

風(fēng)力發(fā)電機(jī)在陸地上都是直接固定在地面上，但在海里可不一樣，根據(jù)海水的深度分幾種情況。在淺水（水深＜30米）海域，風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以直接固定在海底；在30～60米深的海域，塔架底部則需要裝上沉箱或三腳架等結(jié)構(gòu)，才能牢牢固定在海底，不懼風(fēng)浪的沖擊；而到了水深超過(guò)60米的海域，任何加固比起驚濤駭浪都顯得不太夠用了，這時(shí)聰明的技術(shù)人員想到了浮式風(fēng)機(jī)。浮式風(fēng)機(jī)就像個(gè)漂在海面上的巨型不倒翁，上面輕下面重，大風(fēng)大浪來(lái)了可以把風(fēng)機(jī)吹斜拍歪，但風(fēng)浪過(guò)后風(fēng)機(jī)又會(huì)安然無(wú)恙地矗立在自己的位置上。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)的電去哪兒了？

風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)的電可以直接并入電網(wǎng)，輸送給成千上萬(wàn)的家庭和企業(yè)使用；還可以先將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，等需要用的時(shí)候再轉(zhuǎn)化為電能。常見(jiàn)的方式有給蓄電池充電，把電能暫時(shí)儲(chǔ)存起來(lái)；也可以用電驅(qū)動(dòng)抽水機(jī)將水抽向高處，需要用電的時(shí)候再開(kāi)閘放水發(fā)電。此外還有一些其他的電能儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換方式。

那些奇特的大風(fēng)車

巴林世貿(mào)中心——摩天大樓上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。這座獨(dú)特的建筑由兩座高達(dá)240米的帆船狀雙子塔組成，在雙子塔的連廊上，有三臺(tái)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。大樓的弧面造型能夠?qū)L(fēng)導(dǎo)向發(fā)電機(jī)，并使三臺(tái)發(fā)電機(jī)捕獲的風(fēng)力近乎一致。這三臺(tái)發(fā)電機(jī)能夠提供世貿(mào)中心接近1/4的用電量，是世界上首座利用風(fēng)力發(fā)電的環(huán)保建筑。

“海油觀瀾號(hào)”——最遠(yuǎn)的海上風(fēng)力發(fā)電平臺(tái)。“海油觀瀾號(hào)”是我國(guó)第一個(gè)深遠(yuǎn)海浮式風(fēng)電平臺(tái)，也是世界首座水深超100米，離岸距離超100千米的“雙百”海上風(fēng)電項(xiàng)目。它發(fā)的電供給我國(guó)海上油田，助力油氣生產(chǎn)。

“海油觀瀾號(hào)”的底部是重達(dá)4000噸的三角形浮臺(tái)，圓筒形的塔架高83米，每片槳葉長(zhǎng)76.6米。發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)時(shí)，掃風(fēng)面積相當(dāng)于2.7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)的大小。

發(fā)電風(fēng)箏——谷歌XMakani風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電風(fēng)箏的外形酷似一架滑翔機(jī)，通過(guò)高強(qiáng)度繩索系在地面基座上。每架風(fēng)箏的翼展約25.6米，配有8個(gè)螺旋槳。當(dāng)風(fēng)力合適時(shí)，風(fēng)箏就飛上天繞大圈來(lái)推動(dòng)風(fēng)力渦輪發(fā)電，產(chǎn)生的電能通過(guò)繩索傳送到地面的電網(wǎng)。不過(guò)，在2020年2月19日，這個(gè)項(xiàng)目被谷歌終止了。

BAT飛艇發(fā)電機(jī)。為了追求更穩(wěn)定更強(qiáng)的風(fēng)，該發(fā)電機(jī)被直接裝在一個(gè)巨大的充氦飛艇里。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生源源不斷的電力，通過(guò)固定飛艇的纜繩傳遞到地面。如果不考慮成本，這項(xiàng)技術(shù)可在偏遠(yuǎn)地區(qū)（比如海島、軍事基地等地方）使用，它產(chǎn)生的電能可以滿足12個(gè)家庭的用電需求。