为什么“呼风”可以“换电”?
风能的利用古已有之,例如古人用风车提水,用风帆行船,风力是人们利用人力和畜力之后,最早开始利用的动力之一。但“呼风”可以“换电”,即用风力来发电,还是现代技术创造的新事物。
风能实际上就是空气的动能,产生风能的源泉是太阳。在太阳光的照射下,地球各处的空气因受热情况不同而发生流动,便产生了风。风看似来去无影,摸不到、抓不住,其中却蕴藏着巨大的能量,而且是自然界取之不尽的一种能源。据估计,世界上可以被人类利用的风力资源如果全用来发电的话,比地球上可以开发利用的水电要大10倍。而且,风能分布广、无污染,可说是一种“优质”清洁能源。不过,风能的利用也存在着一定的限制,比如它的能量密度(能量的集中度)比较低,又“喜怒无常”,很不稳定,要充分利用它需要比较复杂的技术。
怎样将风变成电呢?从原理上说很容易理解,实际上就是把电风扇原理“逆反”过来。电风扇通电后,电动机转动,带动风扇叶片转动产生“人造风”;而风力发电正相反,是利用风力吹动发电机的叶片,使之转动,由叶片驱动发电机来发电。也就是说,电风扇是使电能转化成风能,而风力发电机则是使风能转变成电能。
风力发电的关键设备是风力发电机。通常,风力发电机由风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件组成。风轮的作用是捕捉风,将风能变为机械能。它由气动性能优异的叶片装在轮毂上组成,叶片有单叶、双叶、三叶和多叶等形式,用得较多的为三叶式。常用的600千瓦的风力发电机,转子的转速需要达到19~30转/分,在风力不够大的情况下,风轮转速往往太低,这就需要通过传动系统,由增速齿轮箱增速,并将动力传递给发电机。增速齿轮箱可以使转速提高50倍。上述这些部件都安装在机舱上,整个机舱由高大的塔架举起。由于风向经常变化,为了有效地利用风能,必须要有迎风调节装置,它由传感器测得风向信号,由控制器控制偏航电机,偏航电机调节风轮的角度,使风轮的叶片始终迎着风。
虽然风力发电机的工作原理可以与家用电风扇类比,但风力发电机的形态结构与电风扇却有天壤之别。最主要的区别是风力发电机十分巨大,因为风力发电机越大,其效率就越高。目前用得较多的600千瓦/分风力发电机的叶片长约20米,塔架高达60米,最大的风力发电机的叶片甚至长达90多米,可以想象这台风力发电机有多么巨大。