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

【字體：大 中 小】 2023-06-11 10:29:21   來源： 學(xué)習(xí)強(qiáng)國、中閩新能源  

風(fēng)電場(chǎng)為地方經(jīng)濟(jì)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(gè)問題，我們要先從風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理說起。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由葉輪、機(jī)艙、塔筒等基礎(chǔ)部件組成。它的發(fā)電原理很簡單：機(jī)組利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉輪旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，發(fā)電機(jī)再將機(jī)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(chǎng)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(gè)風(fēng)電場(chǎng)都由幾十甚至上百組風(fēng)車組成，這么多風(fēng)車是如何運(yùn)作的呢？

每一臺(tái)風(fēng)車都由風(fēng)電場(chǎng)的“中樞大腦”——主控室控制，負(fù)責(zé)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的工作人員24小時(shí)全天候監(jiān)測(cè)，保證風(fēng)車的安全與健康。

一般情況下，風(fēng)速只要達(dá)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(jī)機(jī)組為例，機(jī)組葉片大約有35米長（約12層樓高）。風(fēng)力發(fā)電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，大概需要4~5秒（但這時(shí)的葉尖速度可達(dá)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(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，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(dá)到一定數(shù)值時(shí)，會(huì)因?yàn)閺?qiáng)度過大而損壞，而且事實(shí)上，發(fā)電量不取決于葉片轉(zhuǎn)速。

因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組中存在一個(gè)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(dòng)到發(fā)電機(jī)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(gè)裝置，也變相起到了保護(hù)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(huì)增加，風(fēng)機(jī)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(huì)乖乖聽話，只往一個(gè)方向吹呀？

不用擔(dān)心，風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(huì)督促偏航電機(jī)調(diào)整機(jī)艙位置，使其平穩(wěn)地對(duì)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(shí)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(shí)現(xiàn)碳達(dá)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(duì)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(hù)、管理費(fèi)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(shí)間內(nèi)的功率變化很大，但長時(shí)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(chǔ)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(jí)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(jī)組，向鄰近區(qū)域的進(jìn)出口電源、存儲(chǔ)能量等方法。因此，目前電網(wǎng)公司都在探索如何實(shí)現(xiàn)新能源的大規(guī)模消納。

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