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清洁能源且听风吟

发布时间:2024-10-07 18:06人气:

  北方的冬季,室外寒风呼啸,吹在人脸上就像刀割一样。在屋子里,人们享受着电暖气带来的温暖,喝着咖啡机煮出的热腾腾的咖啡,悠闲地看着电视。你或许不曾想到,这两个场景可以用一样事物统一起来,它就是风力发电。本周,记者应中国节能公司之邀,参观了位于河北省张北县的风力发电站,得以深入了解风力发电这个新能源的未来之星。

  张北县地处河北省西北部,内蒙古高原南缘的坝上地区,县境地形呈高原丘陵景观。记者乘坐的大巴车开进这片土地,很快看到连绵起伏的丘陵上分布着数十座巨大的白色风车,在风中缓缓地旋转着,狭长的桨叶既像白鸟的翅膀,又像兔子的耳朵。同行的中节能风力发电投资有限公司(简称“中节能”)企划经理温卿说,这些是1500千瓦(1.5兆瓦)的风力发电机。也就是说,在满负荷状态下,这个大家伙每小时能发出1500度电,或者说可以实PG电子模拟器 PG电子网站时供应1500个功率为一千瓦的电炉子发热。张北的电网对风力发出的电能的收购价是0.54元一度。这样算下来,风车每转一圈大约能发出两元钱的电。

  这些1500千瓦的风力发电机的扇叶长达30米,基部直径可达一米。世界上风力发电机由德国公司“Enercon”和“REpower”制造,最大功率可达6000千瓦(6兆瓦),总高达到198米,叶片直径达到126米。和吊车、航母、巨型客机等其他巨型机械不同,风车的造型极其简洁,和我们平常拿在手里玩的小风车别无二致,以至于身处这里会让人产生错觉,仿佛自己被缩小了很多倍,正看着旋转的风车玩具。

  人类利用风能由来已久。在至少5500年前,人类就已经开始用风帆推动船只前进。已知最早的风力机械是公元前200年,古希腊机械发明家亚历山大城海伦(Heron of Alexandria)建造了第一个风力装置,一架通过风力鼓动活塞吹奏风琴的机器。而第一个已知的实用的风磨建造于公元7世纪伊朗的锡斯坦。在公元14世纪,荷兰人开始用风车来为莱茵河三角洲区域排水。在1900年的丹麦,有2500座风车用于泵水和磨面,大约产出30兆瓦的能量。1887年,苏格兰人詹姆斯·布莱斯(James Blyth)首先用风车给电池充电,1888年,美国克利夫兰州建造了第一座风力发电站,到了1908年,美国已经建了72座5千瓦到25千瓦的发电站。现代化风力发电站的先驱是1931年前苏联在雅尔塔建造的风力发电站,发电机塔高30米,最大功率100千瓦。

  风能产生的原因是太阳的辐射造成地球表面受热不均,引起大气层中压力分布不均,从而使空气沿水平方向运动,空气流动所形成的动能称为风能。因此风能是太阳能的一种转化形式,是一种可再生的自然能源。据中国气象科学研究院初步探明,我国风能总储量达32.26亿千瓦,居世界第一位。这个“32.26亿千瓦”是潜在的装机容量,如果说最终到底能产生多少电能,就看地球文明能存在多长时间了。

  风力发电的原理和煤电、油电、水力发电没有任何本质不同,都是通过转子能在定子中旋转,做切割磁力线的运动,从而产生感应电势,通过接线端子引出,接在回路中,便产生了电流。与另外几种发电方PG电子 PG平台式不同的是,风力发电是通过风推动旋转的风轮,再由风轮带动转子转动。

  风电的优点显而易见。和煤、石油等化石能源相PG电子 PG平台比,风能是可再生能源,而且没有丝毫环境污染和温室气体排放。和水力发电相比,风力发电不用大规模改变环境;和生物质发电相比,风力发电几乎不占用耕地;而和太阳能相比,风能发电技术简单,能量转化率高,风能的能量转换率可达59%,相比之下,太阳能只有18%。每当出现能源危机,或者对排放有了新要求,人们都会把目光投向风电。1973年发生石油危机以后,包括美国和欧洲诸国在内的发达国家为寻求替代化石燃料的能源,投入大量经费,动员高科技产业,利用计算机、空气动力学、结构力学和材料科学等领域的新技术研制现代风力发电机组,开创了风能利用的新时期。2006年,我国的风力发电事业也开始进入高速发展时期。

  为了能把风能转化成电能,风力发电机有“一家三口”———风轮、机械部分和铁塔。

  风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件。它由数只螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向桨叶时,桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻,目前多用玻璃钢或其他复合材料(如碳纤维)来制造。除了常见的风车式风轮,现在还有一些垂直风轮,s形旋转叶片等,但应用都不普遍。风轮的设计包含有大量的材料技术和流体动力学的技术,是显而易见的高科技。

  由于风轮的转速比较低,而且风力的大小和方向经常变化着,这又使转速不稳定;所以,在带动发电机之前,还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱,再加一个调速机构使转速保持稳定,然后再连接到发电机上。虽然机械部分不像风轮那样显眼,但其实造价是风轮的两倍以上,是最精贵的部分。

  铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。它一般修建得比较高,为的是获得较大的和较均匀的风力,又要有足够的强度。铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况,以及风轮的直径大小而定,一般在6-20米范围内。为了让风轮能够对准风向,还需要一套控制系统。1500千瓦风力发电机的铁塔有十人环抱那么粗,耗费很多材料,但造价却比风轮还要低。

  风力发电机上体现了很多高新技术。风机的桨叶既需要轻,又要结实,还要能够尽量吸收风的能量。比较高级的风轮桨叶甚至可以调整角度,以适应不同大小的风力。冬天是风力最丰富的一个季节,也是最冷的季节,所以低温材料技术对风力发电机设计制造非常关键。

  在海上修建风力发电机是很好的办法。但在海平面上修建风力发电机需要解决建造海上平台的问题,更重要的是海上的盐雾对金属的腐蚀性很大,所以海上风力发电站的建设难度非常高。在我国,风力发电机的国产化率已经超过了80%,不过,减速齿轮装置、桨叶控制系统等关键设备还是需要进口。我国也有独特的技术。一般风力发电机的风轮都用玻璃纤维复合材料制造,但浙江一个公司生产的风轮用竹子纤维代替了玻璃纤维,比玻璃钢材料重量减轻了10%,出力反而提高了20%。

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