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風(fēng)力發(fā)電機轉那么慢，一圈能發(fā)多少電？
2024-07-28
在浙江，有各式各樣的風(fēng)電場(chǎng)
嘉興尖山陸上風(fēng)電場(chǎng)｜陳俊華 攝
臺州大陳島海上風(fēng)電場(chǎng)｜大陳島開(kāi)發(fā)建設管委會(huì ) 提供
臨海括蒼山風(fēng)電場(chǎng)｜程夢(mèng)玨 攝
這些風(fēng)電場(chǎng)，為地方經(jīng)濟發(fā)展提供了源源不斷的綠色動(dòng)力。相信有不少小伙伴都有過(guò)這樣的疑惑：這風(fēng)車(chē)轉得這么慢悠悠的，轉一圈能產(chǎn)出幾度電？
今天小e就來(lái)告訴你答案~
我們先從風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)電原理說(shuō)起。
風(fēng)力發(fā)電機組由葉輪、機艙、塔筒等基礎部件組成。它的發(fā)電原理很簡(jiǎn)單：機組利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車(chē)葉輪旋轉，將風(fēng)能轉化為機械能，發(fā)電機再將機械能轉化為電能，然后電能通過(guò)集電線(xiàn)路輸送到風(fēng)電場(chǎng)升壓站，升壓后再輸送到電網(wǎng)，就可以變成千家萬(wàn)戶(hù)使用的清潔風(fēng)電了。
括蒼山風(fēng)力發(fā)電機｜陳懷穎 攝
可一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)都由幾十甚至上百組風(fēng)車(chē)組成，這么多風(fēng)車(chē)是如何運作的呢？
每一臺風(fēng)車(chē)都由風(fēng)電場(chǎng)的“中樞大腦”——主控室控制，負責風(fēng)電機組運行的工作人員24小時(shí)全天候監測，保證風(fēng)車(chē)的安全與健康。
下面我們說(shuō)回開(kāi)頭的問(wèn)題，風(fēng)車(chē)葉子轉一圈，能發(fā)多少度電？
一般情況下，風(fēng)速只要達到3米/秒（微風(fēng)拂面的感覺(jué)），風(fēng)車(chē)就可以旋轉發(fā)電。
以1500千瓦的風(fēng)機機組為例，機組葉片大約有35米長(cháng)（約12層樓高）。風(fēng)力發(fā)電機每轉動(dòng)一周，大概需要4-5秒（但這時(shí)的葉尖速度可達280多公里每小時(shí)，堪比高鐵速度），可以產(chǎn)生約1.4度電。在正常滿(mǎn)功率的情況下，一天的發(fā)電量就可供15個(gè)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。
像黃巖西部山區的風(fēng)電場(chǎng)，項目總用地面積1.6727公頃，安裝了28臺單機容量為1500千瓦的風(fēng)電機組，總裝機規模為42000千瓦，每年上網(wǎng)電量可達8414萬(wàn)千瓦時(shí)。
那風(fēng)力發(fā)電是不是風(fēng)越大越好？
根據能量守恒定律，的確風(fēng)速越大提供的電能就越多，但我們的風(fēng)能轉換器在風(fēng)速達到一定數值時(shí)，會(huì )因為強度過(guò)大而損壞，而且事實(shí)上，發(fā)電量不取決于葉片轉速。
因為風(fēng)力發(fā)電機機組中存在一個(gè)類(lèi)似汽車(chē)變速箱的裝置，比如變速箱掛到1檔，那么即使葉片轉速非?？欤ㄏ喈斢谟烷T(mén)踩到底），但通過(guò)變速箱傳動(dòng)到發(fā)電機裝置當中仍然是較為恒定的低速（相當于車(chē)子還是跑不快），有了這么個(gè)裝置，也變向起到了保護作用。而在葉片恒定轉速的情況下，葉片受力增加，功率就會(huì )增加，風(fēng)機的葉片越大，功率越大，相應發(fā)電量就越多。
接著(zhù)問(wèn)題又來(lái)了，那風(fēng)也不會(huì )乖乖聽(tīng)話(huà)，只往一個(gè)方向吹呀？
不用擔心，風(fēng)力發(fā)電機的頭部集成有傳感器和偏航系統，一旦風(fēng)向標與風(fēng)速儀采集到風(fēng)向與風(fēng)速變化，偏航系統就會(huì )督促偏航電機調整機艙位置，使其平穩地對準風(fēng)向，最大效率利用風(fēng)能。
風(fēng)電還細分為陸上風(fēng)電和海上風(fēng)電。像黃巖布袋山、臨海括蒼山、溫嶺東海塘等都屬于陸上風(fēng)電場(chǎng)，而像椒江大陳島風(fēng)電場(chǎng)和玉環(huán)科嘯風(fēng)電場(chǎng)便屬于典型的海上風(fēng)電場(chǎng)。
位于大寺基山脊上的黃巖優(yōu)能風(fēng)電場(chǎng)｜王躍國 攝
溫州南麂島海上風(fēng)電場(chǎng)｜溫州公司提供
兩者在建設成本上有很大差異。一般來(lái)說(shuō)海上風(fēng)電場(chǎng)是陸上風(fēng)電場(chǎng)建設成本的兩倍，運維費用是陸上風(fēng)電場(chǎng)的2-4倍。這主要是由于海上施工條件差，施工難度高，再加上海上風(fēng)電遠離岸邊，臺風(fēng)、風(fēng)暴潮等不利海況也會(huì )對風(fēng)電運維造成較大影響。
為什么我們要繼續往海上發(fā)展風(fēng)電呢？
大海廣袤無(wú)垠，具有豐富的風(fēng)能資源，海上風(fēng)電發(fā)電利用小時(shí)數高、不占用土地、不消耗水資源，適宜大規模開(kāi)發(fā)，發(fā)電效率普遍比陸上風(fēng)電高出20%-40%。換句話(huà)說(shuō)，潛力“杠杠的”。實(shí)現碳達峰，風(fēng)電大有可為。
舟山六橫海上風(fēng)電場(chǎng)｜張帆 攝
風(fēng)能是可再生能源，非常環(huán)保。而且風(fēng)能設施對生態(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、最具規模開(kāi)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(shí)間內的功率變化很大，但長(cháng)時(shí)間的功率較為穩定。這使得風(fēng)力發(fā)電無(wú)法根據需求而增減發(fā)電，不能作為基載電力來(lái)源。因此，風(fēng)力發(fā)電必須與其他的電力來(lái)源或儲存設施一起使用，才能夠提供穩定的電源。隨著(zhù)地區的風(fēng)力發(fā)電增加，可能需要更多像是火力發(fā)電、核能發(fā)電的常規能源作為備用，或是升級電網(wǎng)。
不過(guò)，可以使用電力管理技術(shù)來(lái)解決這些問(wèn)題，像是調度不同的再生能源與不同地理分布的發(fā)電機組，向鄰近區域的進(jìn)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(shí)現新能源的大規模消納。
國網(wǎng)浙江電力曾提出建設能源互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)下多元融合高彈性電網(wǎng)，提出通過(guò)加快儲能建設，實(shí)現“源網(wǎng)荷儲”高效互動(dòng)，解決新能源消納問(wèn)題。隨著(zhù)“30·60目標”的提出，國家層面鼓勵新能源的發(fā)展，這給風(fēng)電的大規模開(kāi)發(fā)提供了很好的契機。
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