科技改變生活 · 科技引領(lǐng)未來
科技改變生活 · 科技引領(lǐng)未來
在《赤壁賦》一文中，蘇子寫道，“惟江上之清風(fēng)，與山間之明月……取之不盡，用之不竭。是造物者之無盡藏也！”古人把清風(fēng)與明月這些自然資源視為無窮無盡的。風(fēng)能也同樣用不完，作為一種新型的高效的清潔能源，為人們合理進(jìn)行自然資源的物質(zhì)交換提供了良好契
在《赤壁賦》一文中，蘇子寫道，“惟江上之清風(fēng)，與山間之明月……取之不盡，用之不竭。是造物者之無盡藏也！”古人把清風(fēng)與明月這些自然資源視為無窮無盡的。風(fēng)能也同樣用不完，作為一種新型的高效的清潔能源，為人們合理進(jìn)行自然資源的物質(zhì)交換提供了良好契機(jī)。
經(jīng)常能看到在高高的山頂上，巨大的白色扇葉旋轉(zhuǎn)著，自動(dòng)地將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存下來，幾乎不需要人為干預(yù)，那么風(fēng)力發(fā)電具備這么多優(yōu)點(diǎn)，為什么沒有在現(xiàn)實(shí)生活中得到大面積廣泛應(yīng)用？
有風(fēng)就能發(fā)電是真的嗎?
風(fēng)力發(fā)電機(jī)最早是由風(fēng)車發(fā)展起來的，但由于風(fēng)車是一種手工產(chǎn)品，每家每戶做出來的風(fēng)車都不一樣，并沒有一套嚴(yán)格的設(shè)計(jì)規(guī)范，所以它既有按照順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，也有逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。
在英國(guó)倫敦郊區(qū)，你能看到一種既有正向和逆向轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)車。它們的速度彼此并沒有太大的區(qū)別，只是方向不同而已。
2019年，有史以來最大的風(fēng)力渦輪機(jī)開始在荷蘭沿海運(yùn)行，轉(zhuǎn)子直徑220米，僅需一臺(tái)這樣的渦輪機(jī)就能夠滿足每年16000戶歐洲家庭的電力需求。風(fēng)每天能產(chǎn)生的動(dòng)能大約是人類每天所用電能的35倍。并且不像煤和石油等資源，使用過之后不可再生，而風(fēng)能這種資源每天都在更新。
有風(fēng)就能發(fā)電是真的嗎？答案是在一定程度上這個(gè)說法是正確的。
由于現(xiàn)有技術(shù)的限制，不管發(fā)電機(jī)的效率如何，風(fēng)力轉(zhuǎn)換成電能都有一個(gè)數(shù)學(xué)極限值。德國(guó)物理學(xué)家阿爾伯特·貝茨計(jì)算，風(fēng)力發(fā)電機(jī)只能得到59.3%的風(fēng)能，因?yàn)槿~片必須保持一定的風(fēng)力才能旋轉(zhuǎn)。
另外，還有一些人不看好風(fēng)力發(fā)電。一些自然保護(hù)者認(rèn)為，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的外觀，包括巨大的扇葉會(huì)破壞原本的自然風(fēng)光，而且存在季節(jié)性的風(fēng)能供應(yīng)時(shí)斷時(shí)續(xù)的情況，使其產(chǎn)生的電能難以并入國(guó)家電網(wǎng)中。
兩兄弟的風(fēng)力機(jī)之爭(zhēng)
風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)展距今才短短一兩百年的歷史，日常生活中可能有的人會(huì)注意到，現(xiàn)代的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)大多都是順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的。
關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)為什么順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，還有一段饒有趣味的故事。
丹麥的風(fēng)力發(fā)電行業(yè)在1880年代才剛剛起步，當(dāng)時(shí)的喬納斯是一位年輕的工程師，他天才般地以風(fēng)車的轉(zhuǎn)動(dòng)模式為原型，與當(dāng)時(shí)一家著名的風(fēng)力發(fā)電公司合作，研制出了一種可以逆向轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。更加巧合的是，他的弟弟艾瑞克很快就發(fā)明了另外一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
在方案即將定稿之前，艾瑞克想征求妻子的意見，妻子反復(fù)思考之后說，你哥哥的風(fēng)力發(fā)電機(jī)是逆時(shí)針運(yùn)轉(zhuǎn)的，如果我們采用完全不同的方法，很快就能形成屬于自己的品牌形象，所以艾瑞克聽從了妻子的建議。
由于順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)一經(jīng)推出，便深受市場(chǎng)青睞，老客戶日益增多，最終成為現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主流產(chǎn)品。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般建在哪？
風(fēng)力發(fā)電站在設(shè)計(jì)時(shí)，拋開必須考慮的地形、地質(zhì)、交通、環(huán)境、道路等因素，地理位置被視為其中最重要的部分。由于風(fēng)在遇到障礙物時(shí)會(huì)消耗它的能量，為了提高風(fēng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率，設(shè)計(jì)師在選址時(shí)最好將風(fēng)力發(fā)電站設(shè)在開闊地帶。
舉例來說，在類似山谷的地形下，由于山谷風(fēng)的影響，選址人員通常會(huì)考慮山谷風(fēng)向是否符合當(dāng)?shù)厥⑿酗L(fēng)向。
他們一般都會(huì)選擇地勢(shì)越高的山谷，這樣風(fēng)力也就越大。如果風(fēng)速增加一倍，風(fēng)能將會(huì)產(chǎn)生八倍的能量收益。另外，選址要遠(yuǎn)離地震帶和頻繁暴發(fā)的火山地區(qū)。在建造風(fēng)力發(fā)電站之前，首先要建造一座機(jī)臺(tái)，然后建造一座風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔，然后安裝在塔頂上，塔內(nèi)最重要的設(shè)備就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)由四個(gè)部分組成：機(jī)頭、機(jī)尾和葉片，葉片運(yùn)用玻璃纖維和樹脂層新型材料制成，不僅保證了風(fēng)力發(fā)電機(jī)在雨水、閃電的極端條件下可以正常工作，還可以經(jīng)受住至少20年的陽光暴曬。
原來一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)從選址到落地，竟然這么復(fù)雜！
風(fēng)電場(chǎng)投資成本是衡量風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)是否經(jīng)濟(jì)的一個(gè)重要指標(biāo)。如果風(fēng)電場(chǎng)選擇在交通便利的地方，可以大幅度降低運(yùn)輸費(fèi)用，從而降低風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)成本。
那么假設(shè)每年可用5000小時(shí)，多久能回本？
建一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要多少錢？
風(fēng)力機(jī)組的成本包括很多方面，風(fēng)電機(jī)是風(fēng)電機(jī)組的主要設(shè)備，其制造成本將直接影響風(fēng)電機(jī)組總投資金額。由于我國(guó)大部分地區(qū)采用水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，每千瓦約8000元左右。假設(shè)一座高達(dá)80米的風(fēng)力發(fā)電站，需要1500千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，換算成風(fēng)力發(fā)電機(jī)的價(jià)格是一千兩百萬。
但是隨著風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)工藝的不斷提高，整體機(jī)組性能也在不斷提高，單機(jī)機(jī)組性能不斷提高。容量也在不斷擴(kuò)大，風(fēng)傳感器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還會(huì)以專業(yè)的精度自動(dòng)調(diào)整葉片，以獲取盡可能多的能量，使得每千瓦風(fēng)電機(jī)組的造價(jià)明顯降低，從而降低風(fēng)電機(jī)組的成本。
安裝一座風(fēng)力發(fā)電站至少需要三百萬元，維修一次至少要花費(fèi)上千元的費(fèi)用。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組越是龐大，其發(fā)電的平均成本也會(huì)隨之下降。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組集群的規(guī)模效應(yīng)會(huì)使風(fēng)力發(fā)電單位千瓦配套設(shè)施相對(duì)減少。
一個(gè)由200個(gè)類似規(guī)模的發(fā)電機(jī)組成的風(fēng)力發(fā)電組，可以為超過15萬戶美國(guó)家庭供電整整一年，相等于歐洲家庭用電的兩倍。
此時(shí)再來看前邊那個(gè)問題：假設(shè)一年平均可用風(fēng)速為5000小時(shí)，除去維護(hù)費(fèi)用，5年左右就能收回成本。
新能源將會(huì)改變我們每個(gè)人
今天，人類正面臨著第三次交通能源變革，包括燃料電池在內(nèi)的電力和動(dòng)力電池來替代傳統(tǒng)的石油和內(nèi)燃機(jī)，新能源汽車將引領(lǐng)人類進(jìn)入清潔能源時(shí)代。隨著人口基數(shù)不斷增長(zhǎng)，污染問題日益突出，中國(guó)大力發(fā)展新能源也是新能源消費(fèi)市場(chǎng)的必然趨勢(shì)和正確選擇。
和風(fēng)能一樣，氫能源也是未來最受歡迎的清潔能源。
氫能屬于二次能源，不像石油和煤炭那樣，能直接從地下開采。它是由天然氣或水二次加工得到的。利用太陽能發(fā)電，然后電解出氫氣和氧氣，這就是“光伏制氫”。而且，氫氣燃燒后會(huì)產(chǎn)生水，對(duì)環(huán)境沒有任何危害。
結(jié)語
即使面臨種種挑戰(zhàn)，現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)仍使風(fēng)能成為最有效和最便宜的電力來源。風(fēng)力發(fā)電機(jī)已經(jīng)為世界各國(guó)人民的生活、發(fā)展提供了必要的能源供給。對(duì)許多農(nóng)民來說，維護(hù)好一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，可以獲得除種地微薄的收入外的一筆額外收入。
相信隨著天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度在不斷改進(jìn)，以及電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施水平和儲(chǔ)能方式的改善，風(fēng)能和其他新能源一起，必將會(huì)解決我們關(guān)于能源利用的困擾和問題。
王熙