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科普|大風(fēng)車原來是這樣發(fā)電

“大風(fēng)車吱呀吱喲喲地轉(zhuǎn)”。細(xì)心的朋友可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，近些年來，山川田野間、荒漠戈壁灘、蔚藍(lán)海面上一座座風(fēng)力發(fā)電機(jī)組拔地而起。它們?cè)谘b扮風(fēng)景的同時(shí)，也在源源不斷地為人們提供能源。

人類在很早以前就開始利用風(fēng)能、建設(shè)“風(fēng)車”了。公元前2世紀(jì)的波蘭，人們就建有碾米的風(fēng)車磨坊；元明時(shí)期，中國建有風(fēng)力水車，用來灌溉農(nóng)田?，F(xiàn)代風(fēng)車的雛形，則來源于1890年丹麥提出的風(fēng)力發(fā)電計(jì)劃，給風(fēng)磨安裝了發(fā)電機(jī)。工業(yè)革命期間，蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，讓風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)展遇冷。直到20世紀(jì)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(jī)的工作原理就是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)輪軸的機(jī)械能，發(fā)電機(jī)在風(fēng)輪軸的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)發(fā)電。它和紙風(fēng)車結(jié)構(gòu)相似，由風(fēng)輪、機(jī)艙、塔筒組成。但是紙風(fēng)車為了更漂亮可以折出很多個(gè)葉片，而風(fēng)機(jī)的風(fēng)輪一般多為3個(gè)葉片，因?yàn)檫@樣便于平衡、性價(jià)比更高。

對(duì)于風(fēng)力發(fā)電來說，在風(fēng)速達(dá)到2.5~3m/s（微風(fēng)拂面）就可發(fā)電。隨著風(fēng)越大它轉(zhuǎn)得越快，發(fā)的電能也越多。但是當(dāng)風(fēng)速達(dá)到25~30m/s（狂風(fēng)大作）時(shí)風(fēng)機(jī)就會(huì)停止工作，進(jìn)入“防御姿態(tài)”。因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候的風(fēng)可以拔起樹木摧毀房屋，如果風(fēng)機(jī)繼續(xù)工作就會(huì)損壞發(fā)電機(jī)組。

廣西楊村風(fēng)電場 來源：視覺中國

隨著風(fēng)電的發(fā)展，風(fēng)機(jī)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(jī)組葉輪直徑處于200m水平，其掃風(fēng)面積超過32000平方米，相當(dāng)于4.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場。

人們從遠(yuǎn)處看，可能會(huì)覺得風(fēng)機(jī)的葉片轉(zhuǎn)得很慢。但事實(shí)上由于機(jī)艙齒輪的加速作用，風(fēng)機(jī)葉片的尖部線速度有時(shí)能和高鐵運(yùn)行速度不相上下。不同功率、不同類型的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生的電量也不同，有的可發(fā)1.4度電，相當(dāng)于一個(gè)普通家庭一晚上空調(diào)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(tǒng)的火力發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電沒有粉塵、硫化物、二氧化碳等的排放，相對(duì)于水力發(fā)電，沒有庫區(qū)移民和蓄水對(duì)地質(zhì)構(gòu)造的影響，建成周期短。近年來，風(fēng)電在國家政策支持和能源供應(yīng)緊張的背景下迅速發(fā)展，比如去年北京冬奧會(huì)全部場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，這說明我國可再生能源的儲(chǔ)備非常充足，相信“十四五”時(shí)期風(fēng)電將實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量躍升發(fā)展。

（作者單位：中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院）