书城科普读物百科知识-科普新课堂:新兴能源
15699400000022

第22章 风能生热

风给人的感觉总是凉爽或寒冷的,殊不知它还会发热。

因为风是一种能量,能量是可以转换的,它可以变为机械能,再转换为热能。风力致热主要是机械变热。

风力致热的方法有四种:液体搅拌致热、固体摩擦致热、挤压液体致热和涡电流法致热等。

液体搅拌致热在风力机的转轴上连接一个搅拌转子,转子上装有叶片。将搅拌转子置于装满液体的搅拌罐内,罐的内壁为定子,同样也装有叶片。当转子带动叶片旋转时,液体就在定子叶片之间做涡流运行,并不断冲击定子叶片。如此慢慢使液体变热,就能得到所需要的热能。这种方法可以在任何风速下运行,比较安全方便,磨损小。荷兰采用这种方法建成了一个风力致热系统,使用风力机的风轮直径为165米,产生热水温度80℃~90℃。每年获得的热能约相当于燃烧22000立方米天然气。

固体摩擦致热风力机的风轮转动,在转动轴上安装一组制动元件,利用离心力的原理,使制动元件与固体表面发生摩擦。用摩擦产生的热去加热油,然后用水套将热传出,即得到所需的热。这种方法比较简便,但是关键在于制动元件的材质,要选择合适的耐磨材料。国内试验,采用普通汽车的刹车片做制动元件,大约运转300小时就要更换,磨损太快。

挤压液体致热这种方法要利用液压泵和阻尼孔来进行致热。当风力机带动液压泵工作时,将液体工质(通常为油料)加压,使机械能产生液压作用,然后让被加压的工质从狭小的阻尼孔高速喷出,使其迅速射在阻尼孔后尾流管中的液体上,于是发生液体分子间的高速冲击和摩擦,这就使液体发热。这种方法也没有部件磨损,比较可靠。

日本北海道利用风力挤压液体致热,建成了一台“天鹅一号”风炉,并用这种热水构成一座风力温泉,可供人们洗浴。所以使用的风力机风轮直径为10米,液压泵转速为191转/分,产生的温度也很高。另外,英国有一套类似的风力致热装置,风轮直径18米,当地年平均风速5米/秒,每年产生的热能相当于20万千瓦小时,可供2000平方米的温室供暖。

涡电流法致热靠风力机转轴驱动一个转子,在转子外缘与定子之间装上磁化线圈。当微弱电流通过磁化线卷时,便产生磁力线。这时转子旋转,则切割磁力线。在物理学上,磁力线被切割时,即产生涡电流,并在定子和转子之间生成热,这就是涡电流致热。为了保持磁化线圈不被烧坏,可在定子外套加一环形冷却水套,不断把热带走,于是人们就能得到所需要的热水。这种致热过程主要是机械转动,磁化线圈所消耗的电量很少,而且可以从由风力发电充电的蓄电池获得直流电源,因此不同于电加热,风能转换效率较高。

利用风力机械致热,在北方寒冷地区采用较多,因为北方冬季寒冷,也正是风力较强的季节,所以在日本、北欧和北美一些国家,对风能采暖研究较多。这些国家有几种“风炉”效果较好,还有风力热水器供洗浴用。

目前,风力致热进入实用阶段,主要可用于浴室、住房、花房、家禽、牲畜饲养房等的供热采暖。一般风力致热效率可达40%,而风力提水和发电的效率只有15%~30%。