索鸿英

人类利用风力的历史很悠久,扬帆航船和风车提水是利用风力的最早形式.我国早在14世纪就有关于风车提水的记载.明代宋应星的《天工开物》中写道:“扬郡以风帆数扇,俟风转车,风息则止.”比国外风车提水记载要早两百多年.大约在16世纪,荷兰人大量使用风车排除低洼地的海水.风车在荷兰建国立业上发挥了重要作用,人们常以风车作为荷兰的象征.19世纪,由于电磁科学的发展,人们想到利用风力发电.

风力发电起源于丹麦,1890年,丹麦政府制定了风力发电计划,经过18年的努力,世界上首批72台单机功率为5 kW ~ 25 kW的风力发电机问世了.现在丹麦仍然是世界上生产风力发电设备的大国.

空气流动便是风,它有质量,有速度,因此具有能量.风力发电就是要将风能转化成电能.世界上风能究竟有多少?科学家计算,地球上风能数量惊人,可开发利用的大约为2.74 × 10⁹ MW,比地球上可开发水能大10倍,全世界每年消耗的煤所产生的热能还不及每年所产生风能的千分之一.我国风能总量,理论数为3.2 × 10⁹ kW,按十分之一可开发量计算,其能量也十分可观.

风能十分诱人,但是风力发电却困难重重.一是自然原因,表现在风的随机性很大.由于太阳辐射和地球转动,使地面各处受热不均匀,大气层各处温差发生变化,加之空气中水蒸气的含量不同,地面的气压也不同,于是高压空气就向低压区流动,使得风随时随地可以产生,方向不定,大小不一,而且风随季节变化明显,昼夜变化也很大.二是经济原因,目前风力发电成本较高.这些都为风的利用带来很大困难.

风力发电不是由单一的发电机构成的,而是一个较高科技含量的小系统:风力发电机+充电器+数字逆变器.其中风力发电机又由叶片､机头､转体和尾翼组成.叶片用来接受风力使机头内转子转动,机头内转子是永磁体,定子绕线切割磁力线产生电流,转体能使机头灵活转动以实现尾翼调整叶片方向,让叶片始终对着来风的方向,从而获得最大风能.由于风量不稳定,因此风力发电机头输出的是频率变化的交流电,必须经过整流,再对蓄电瓶充电,把电能转化成化学能.接着数字逆变器把电瓶里的化学能转化成220 V交流电,保证稳定使用.

从以上分析可知,风力发电机只是给电瓶充电,是电瓶把电能储藏起来供使用.所以用电器的电功率大小与电瓶容量的大小有密切关系.在内地,小的风力发电机更适用,因为它更容易被小风量带动发电,而且能持续发电,比一阵狂风更能提供较大电能.因地制宜选择风力发电机功率可以降低成本,经济适用.

现在能源紧张,环境污染严重,风能作为一种可再生的清洁能源,日益受到人们的青睐.全世界风电产业已经进入规模化阶段,风能发电机容量逐年增加,国际上容量已达5 MW.风电成本可望在十年内再降低10%左右.我国风能资源丰富,主要分布在东南沿海､内蒙古､甘肃､新疆和青藏高原等地区.我国无锡和湘潭地区已造出2 MW直驱式永磁风力发电机.在2008年,我国青岛将建成5台5 MW级海上风力发电机组,这是我国第一个海上大型风力发电机项目,创出亚洲新纪录.我国政府高度重视可再生清洁能源的建设,风力发电必将成为我国新能源中的一朵奇葩!

责任编辑 蔡华杰