科普|大風車原來是這樣發(fā)電
“大風車吱呀吱喲喲地轉”。細心的朋友可能會發(fā)現(xiàn)，近些年來，山川田野間、荒漠戈壁灘、蔚藍海面上一座座風力發(fā)電機組拔地而起。它們在裝扮風景的同時，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能、建設“風車”了。公元前2世紀的波蘭，人們就建有碾米的風車磨坊；元明時期，中國建有風力水車，用來灌溉農田。現(xiàn)代風車的雛形，則來源于1890年丹麥提出的風力發(fā)電計劃，給風磨安裝了發(fā)電機。工業(yè)革命期間，蒸汽機的出現(xiàn)，讓風力發(fā)電機的發(fā)展遇冷。直到20世紀下半葉，化石能源告急，生態(tài)環(huán)境惡化，風力發(fā)電再次引起了人們的重視。
風力發(fā)電機的工作原理就是利用風力帶動風輪旋轉，把風的動能轉變?yōu)轱L輪軸的機械能，發(fā)電機在風輪軸的帶動下旋轉發(fā)電。它和紙風車結構相似，由風輪、機艙、塔筒組成。但是紙風車為了更漂亮可以折出很多個葉片，而風機的風輪一般多為3個葉片，因為這樣便于平衡、性價比更高。
對于風力發(fā)電來說，在風速達到2.5~3m/s（微風拂面）就可發(fā)電。隨著風越大它轉得越快，發(fā)的電能也越多。但是當風速達到25~30m/s（狂風大作）時風機就會停止工作，進入“防御姿態(tài)”。因為這個時候的風可以拔起樹木摧毀房屋，如果風機繼續(xù)工作就會損壞發(fā)電機組。
隨著風電的發(fā)展，風機的葉輪直徑也逐漸增大，近15年間，葉輪直徑已經從70m增大到250m。目前我國陸上風電機組葉輪直徑處于200m水平，其掃風面積超過32000平方米，相當于4.5個標準足球場。
人們從遠處看，可能會覺得風機的葉片轉得很慢。但事實上由于機艙齒輪的加速作用，風機葉片的尖部線速度有時能和高鐵運行速度不相上下。不同功率、不同類型的風機轉一圈產生的電量也不同，有的可發(fā)1.4度電，相當于一個普通家庭一晚上空調用電量；而有的可產生5.8度電，能在一個普通家庭里用一天。
風能取之不盡，用之不竭，相比傳統(tǒng)的火力發(fā)電，風力發(fā)電沒有粉塵、硫化物、二氧化碳等的排放，相對于水力發(fā)電，沒有庫區(qū)移民和蓄水對地質構造的影響，建成周期短。近年來，風電在國家政策支持和能源供應緊張的背景下迅速發(fā)展，比如去年北京冬奧會全部場館的用電主要是河北張家口的風力和光伏發(fā)電輸入的，這說明我國可再生能源的儲備非常充足，相信“十四五”時期風電將實現(xiàn)高質量躍升發(fā)展。
（作者單位：中國電力工程顧問集團中南電力設計院）
