山竹过境 来聊聊风力发电这回事

作者: 郭光星

来源: 科学大院

发布日期: 2018-09-19

文章讨论了风力发电的原理、风力发电机的类型及其工作机制,以及风力发电与水力发电的区别。文章还提到了风力发电在全球可再生能源中的重要地位,并解释了风力发电机为何通常采用三叶片设计。

世纪最强太平洋恶魔风暴--山竹,前几日强势登陆我国广东,所到之处一片狼藉。台风不就是一阵风嘛,竟然有着如此惊人的能量?

俗话说“水能载舟亦能覆舟”,作为水的孪生兄弟,风的性格也是如此”爱憎分明”,在它性情温顺的时候,也还是能给我们创造出大量的财富的,比如发电。那么,什么样的风车能驾驭这桀骜不羁的风,心甘情愿地为我们发电呢?

风电——新能源的先行军

我们平常用到的电是哪儿来的?大家首先就会想到火电和水电。即使现在一直在倡导绿色清洁能源的理念,但是核电、风电显然还不足以撼动传统能源的地位。不过,《全球可再生能源现状报告2018》表明,2017年可再生能源发电已占到全球发电量净增加值的70%。这是现代历史上可再生能源发电量增长最大的一年,也意味着将来可再生能源将逐渐占据传统能源的份额。

21世纪以来,风电就作为新能源的先行军,默默地扎根在了陆地的偏僻角落,在沿海区域也迅速建立起了“捕风根据地”,风电站工作在这些远离人烟的区域,以至于大多数民众并没有意识到它们的存在,而它们早已呈现出星火燎原的强劲态势。

提到风力发电,也许眼前首先会浮现出别具特色的荷兰风车。而荷兰风车的作用主要是抽吸海水,并不能够发电。20世纪,人类才开始进行风力发电的尝试。不过,风力发电机为什么长成这样?什么样子的风车才适合发电?

叶片的奥秘

大家看到风力机的时候,脑子里也许闪过很多疑问:为什么它们都是三个叶片的呢,并且叶片又那么细长,它们之间的空隙那么大,风都从中间溜走了,风能利用的效率岂不是很低?

实际上,发电机电磁转矩非常有限,一个叶片就完全可以提供相应的动力,但是单个叶片会导致风轮的载荷极度不平衡,同样的道理,两个叶片也会产生一些的不稳定性,这样的受力特性对于需要长久稳定运行的叶片来说是非常不利的,所以风力发电机通常采用三叶片的形式(当然也存在着少量两叶片形式的风力机)。

风电机旋转的速度那么慢,能发电吗?

的确,风力机即使在额定状态时每分钟的转速也只有十几转,平常我们看到的柴油发电机的转速大多是3000转/分钟。不过风力机机舱中安装的发电机也绝不是普通的发电机,它们大致可以分为两类:一类是永磁直驱型发电机,发电机由多对磁极构建了一个磁场,所以即使在很低的转速下也能达到额定的发电状态;另一类是双馈异步型发电机,它需要连接在前方增速齿轮箱的后面,将转速提升后才能正常工作。

水电机能不能改造成风电机?

“高峡出平湖”,以三峡为代表的水电技术不是发展得十分成熟了吗?水电也好,风电也好,原理都是水或是风推动叶轮旋转,带动发电机产生电能,借鉴三峡大坝里水轮机的样式,稍微修改一下能用于风力发电机吗?

当然不可以!

的确,水和空气的密度虽然有很大差异,但二者都是流体,许多物理性质却是十分相似的。而二者本质上的不同体现在叶轮捕获能量的方式上:水轮机利用静止水的势能,它的叶片截面是一定厚度的曲线,通过吸收水流的冲击来推动叶轮旋转;而风力机利用空气的动能,它的叶片截面是向外凸的翼型,空气绕过翼型产生升力推动叶轮旋转,也就是说风力机和飞机机翼的原理是更为相似的。

结语

总体来说,虽然风车的形式多种多样,甚至很多奇特的造型都可以在风的推动下进行转动,但只有旋转是远远不够的,更要考虑到能量的利用效率以及和下游发电机的匹配。因此,现在普遍存在的风力发电机的形式在目前来说是最有利于发电的。

回到“台风发电”的问题,很多人都认为只有在风大的地方才能建造风力机进行发电,其实风并不是越大越好,出于安全考虑,10级以下的台风才可能被利用来发电,一旦风速超过25m/s,风力机就要停机了。风力机在3m/s的风速下就可以运行了,并且现在的机组已经完成了向低风速型进行过渡的技术转变,在年平均风速较低的地区也有可能获得可观的发电量。

UUID: 1ee6f8e4-e3de-4890-bcd3-90fe46a25632

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/科学大院公众号-pdf2txt/2018年/2018-09-19_“山竹”过境来聊聊风力发电这回事.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0049 元