環(huán)保常識：風(fēng)力發(fā)電的原理和意義

風(fēng)很早就被人們利用--主要是通過風(fēng)車來抽水、磨面……?，F(xiàn)在，人們感興趣的，首先是如何利用風(fēng)來發(fā)電。

風(fēng)是一種潛力很大的新能源，人們也許還記得，十八世紀(jì)初，橫掃英法兩國的一次狂暴大風(fēng)，吹毀了四百座風(fēng)力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多條帆船，并有數(shù)千人受到傷害，二十五萬株大樹連根拔起。僅就拔樹一事而論，風(fēng)在數(shù)秒鐘內(nèi)就發(fā)出了一千萬馬力(即750萬千瓦；一馬力等于0．75千瓦)的功率!有人估計過，地球上可用來發(fā)電的風(fēng)力資源約有100億千瓦，幾乎是現(xiàn)在全世界水力發(fā)電量的10倍。目前全世界每年燃燒煤所獲得的能量，只有風(fēng)力在一年內(nèi)所提供能量的三分之一。因此，國內(nèi)外都很重視利用風(fēng)力來發(fā)電，開發(fā)新能源。

利用風(fēng)力發(fā)電的嘗試，早在本世紀(jì)初就已經(jīng)開始了。三十年代，丹麥、瑞典、蘇聯(lián)和美國應(yīng)用航空工業(yè)的旋翼技術(shù)，成功地研制了一些小型風(fēng)力發(fā)電裝置。這種小型風(fēng)力發(fā)電機，廣泛在多風(fēng)的海島和偏僻的鄉(xiāng)村使用，它所獲得的電力成本比小型內(nèi)燃機的發(fā)電成本低得多。不過，當(dāng)時的發(fā)電量較低，大都在5千瓦以下。

目前，據(jù)了解，國外已生產(chǎn)出15，40，45，100，225千瓦的風(fēng)力發(fā)電機了。1978年1月，美國在新墨西哥州的克萊頓鎮(zhèn)建成的200千瓦風(fēng)力發(fā)電機，其葉片直徑為38米，發(fā)電量足夠60戶居民用電。而1978年初夏，在丹麥日德蘭半島西海岸投入運行的風(fēng)力發(fā)電裝置，其發(fā)電量則達(dá)2000千瓦，風(fēng)車高57米，所發(fā)電量的75%送入電網(wǎng)，其余供給附近的一所學(xué)校用。

1979年上半年，美國在北卡羅來納州的藍(lán)嶺山，又建成了一座世界上最大的發(fā)電用的風(fēng)車。這個風(fēng)車有十層樓高，風(fēng)車鋼葉片的直徑60米；葉片安裝在一個塔型建筑物上，因此風(fēng)車可自由轉(zhuǎn)動并從任何一個方向獲得電力；風(fēng)力時速在38公里以上時，發(fā)電能力也可達(dá)2000千瓦。由于這個丘陵地區(qū)的平均風(fēng)力時速只有29公里，因此風(fēng)車不能全部運動。據(jù)估計，即使全年只有一半時間運轉(zhuǎn)，它就能夠滿足北卡羅來納州七個縣1%到2%的用電需要。

怎樣利用風(fēng)力來發(fā)電呢?

我們把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變成機械能，再把機械能轉(zhuǎn)化為電能，這就是風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電所需要的裝置，稱作風(fēng)力發(fā)電機組。這種風(fēng)力發(fā)電機組，大體上可分風(fēng)輪(包括尾舵)、發(fā)電機和鐵塔三部分。（大型風(fēng)力發(fā)電站基本上沒有尾舵，一般只有小型（包括家用型）才會擁有尾舵）

風(fēng)輪是把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的重要部件，它由兩只(或更多只)螺旋槳形的葉輪組成。當(dāng)風(fēng)吹向漿葉時，槳葉上產(chǎn)生氣動力驅(qū)動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動。槳葉的材料要求強度高、重量輕，目前多用玻璃鋼或其它復(fù)合材料(如碳纖維)來制造。（現(xiàn)在還有一些垂直風(fēng)輪，s型旋轉(zhuǎn)葉片等，其作用也與常規(guī)螺旋槳型葉片相同）

由于風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速比較低，而且風(fēng)力的大小和方向經(jīng)常變化著，這又使轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定；所以，在帶動發(fā)電機之前，還必須附加一個把轉(zhuǎn)速提高到發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速的齒輪變速箱，再加一個調(diào)速機構(gòu)使轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定，然后再聯(lián)接到發(fā)電機上。為保持風(fēng)輪始終對準(zhǔn)風(fēng)向以獲得最大的功率，還需在風(fēng)輪的后面裝一個類似風(fēng)向標(biāo)的尾舵。

鐵塔是支承風(fēng)輪、尾舵和發(fā)電機的構(gòu)架。它一般修建得比較高，為的是獲得較大的和較均勻的風(fēng)力，又要有足夠的強度。鐵塔高度視地面障礙物對風(fēng)速影響的情況，以及風(fēng)輪的直徑大小而定，一般在6-20米范圍內(nèi)。

發(fā)電機的作用，是把由風(fēng)輪得到的恒定轉(zhuǎn)速，通過升速傳遞給發(fā)電機構(gòu)均勻運轉(zhuǎn)，因而把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

多大的風(fēng)力才可以發(fā)電呢?

一般說來，3級風(fēng)就有利用的價值。但從經(jīng)濟合理的角度出發(fā)，風(fēng)速大于每秒4米才適宜于發(fā)電。據(jù)測定，一臺55千瓦的風(fēng)力發(fā)電機組，當(dāng)風(fēng)速每秒為9.5米時，機組的輸出功率為55千瓦；當(dāng)風(fēng)速每秒8米時，功率為38千瓦；風(fēng)速每秒為6米時，只有16千瓦；而風(fēng)速為每秒5米時，僅為9.5千瓦?？梢婏L(fēng)力愈大，經(jīng)濟效益也愈大。

在我國，現(xiàn)在已有不少成功的中、小型風(fēng)力發(fā)電裝置在運轉(zhuǎn)。

我國的風(fēng)力資源極為豐富，絕大多數(shù)地區(qū)的平均風(fēng)速都在每秒3米以上，特別是東北、西北、西南高原和沿海島嶼，平均風(fēng)速更大；有的地方，一年三分之一以上的時間都是大風(fēng)天。在這些地區(qū)，發(fā)展風(fēng)力發(fā)電是很有前途的。