我們?cè)谌粘５纳a(chǎn)活動(dòng)中都離不開(kāi)電，充足的電力供應(yīng)是一個(gè)國(guó)家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要前提條件。在全球“石化能源”越來(lái)越缺乏，對(duì)環(huán)境的污染不斷加劇的背景下，我國(guó)作為能源使用大國(guó)更是體現(xiàn)了大國(guó)擔(dān)當(dāng)?shù)母窬?，在向全世界鄭重宣布“碳中和”，“碳達(dá)峰”的目標(biāo)下，作為新能源中的風(fēng)力發(fā)電迎來(lái)了它的高光時(shí)刻。我們看見(jiàn)那不斷轉(zhuǎn)動(dòng)著大大葉片的風(fēng)車其實(shí)就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)，那么小伙伴們知道它的工作原理嗎？

風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，機(jī)械功帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，最終輸出交流電的電力設(shè)備。廣義地說(shuō)，風(fēng)能也是太陽(yáng)能，所以也可以說(shuō)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，是一種以太陽(yáng)為熱源，以大氣為工作介質(zhì)的熱能利用發(fā)電機(jī)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由葉輪、機(jī)艙、塔筒等基礎(chǔ)部件組成。

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

它的發(fā)電原理很簡(jiǎn)單：機(jī)組利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉輪旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，發(fā)電機(jī)再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，然后電能通過(guò)集電線路輸送到風(fēng)電場(chǎng)升壓站，升壓后再輸送到電網(wǎng)，就可以變成千家萬(wàn)戶使用的清潔風(fēng)電了。這一過(guò)程就好比我們小時(shí)候玩的手搖發(fā)電手電筒，使勁地?fù)u幾下，手電筒就會(huì)亮一會(huì)。

很多小伙伴可能會(huì)好奇，風(fēng)車葉子轉(zhuǎn)一圈，能發(fā)多少度電？在一般情況下，風(fēng)速只要達(dá)到3米/秒，風(fēng)車就可以旋轉(zhuǎn)發(fā)電。目前主流風(fēng)機(jī)的單機(jī)容量從1.5兆瓦到10兆瓦不等，未來(lái)可能會(huì)更大，相對(duì)來(lái)說(shuō)小容量的都在陸地上，大容量的都在海里。當(dāng)然，容量越大，同等情況下發(fā)電越多。以2兆瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為例：葉片長(zhǎng)50-60米左右，以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，轉(zhuǎn)動(dòng)一圈約4秒鐘，葉尖速度可達(dá)280多公里/時(shí)，堪比高鐵速度，葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈約發(fā)2.2度電。

那么，風(fēng)力發(fā)電是不是風(fēng)越大越好呢？我們根據(jù)能量守恒定律知道，風(fēng)速越大提供的電能的確是越多，但當(dāng)風(fēng)速超過(guò)風(fēng)機(jī)限定速度時(shí)，風(fēng)機(jī)就要停止工作。因?yàn)?strong>如果轉(zhuǎn)速過(guò)快，離心率大大增強(qiáng)，慣性趨勢(shì)會(huì)打破風(fēng)機(jī)自身的平衡，葉片就容易折斷。而且事實(shí)上，發(fā)電量不取決于葉片轉(zhuǎn)速。因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組中存在一個(gè)類似汽車變速箱的裝置，比如變速箱掛到1檔，那么即使葉片轉(zhuǎn)速非常快（相當(dāng)于油門踩到底），但通過(guò)變速箱傳動(dòng)到發(fā)電機(jī)裝置當(dāng)中仍然是較為恒定的低速，有了這么個(gè)裝置，便對(duì)葉片起到了保護(hù)的作用。而在葉片恒定轉(zhuǎn)速的情況下，葉片受力增加，功率就會(huì)增加，風(fēng)機(jī)的葉片越大，功率越大，相應(yīng)發(fā)電量就越多。

我們知道風(fēng)力發(fā)電有陸上和海上之分，那么這兩者有什么差別呢？一般來(lái)說(shuō)海上風(fēng)電場(chǎng)是陸上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)成本的兩倍，運(yùn)維費(fèi)用是陸上風(fēng)電場(chǎng)的2-4倍。這主要是由于海上施工條件差，施工難度高，再加上海上風(fēng)電遠(yuǎn)離岸邊，臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮等不利海況也會(huì)對(duì)風(fēng)電運(yùn)維造成較大影響。雖然說(shuō)海上風(fēng)電場(chǎng)前期投入比陸上風(fēng)電場(chǎng)大，但是大海廣袤無(wú)垠，具有豐富的風(fēng)能資源，海上風(fēng)電發(fā)電利用小時(shí)數(shù)高、不占用土地、不消耗水資源，適宜大規(guī)模開(kāi)發(fā)，發(fā)電效率普遍比陸上風(fēng)電高出20%-40%。

陸上和海上風(fēng)電場(chǎng)

風(fēng)力發(fā)電與常規(guī)發(fā)電相比，具有能源充足、不消耗燃料、無(wú)環(huán)境污染、占地面積小、工程建設(shè)周期短、發(fā)電技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。雖然前期投入較大，但相比水電和火電，后期維護(hù)、管理費(fèi)用極低，是目前新能源領(lǐng)域中技術(shù)最成熟、最具規(guī)模開(kāi)發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展的發(fā)電方式之一。當(dāng)然它的缺點(diǎn)也很明顯：受地域影響大，風(fēng)力發(fā)電機(jī)只適合風(fēng)力大的地方，在無(wú)風(fēng)地區(qū)便不起作用。

編輯：黃飛