书城科普读物科学我知道-Why能源
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第12章 风能怎样发电?

利用风力来发电,是现代利用风能最广泛、最普遍的形式。传统的风力发电方法是把风车、发电机等设备放在铁塔上,风力机可以绕铁塔做偏向转动,靠尾舵或自动控制系统来定向。

19世纪末,人们着手研制风力发电。1891年,缺乏煤炭资源的丹麦建成了世界上第一座风力发电站。进入20世纪,法国、德国、荷兰等国也都开始研究风力发电。第二次世界大战期间,因为燃料缺乏,一些国家积极研制小型风力发电机。60年代,因石油价格低廉,核电也正崛起,风力发电在一些工业发达的国家里遭到冷落。70年代中期开始,石油涨价又促使一些国家重新重视风力发电。全世界风力资源极为丰富,据估计每年可利用的风能总量折合成电能约为500万亿千瓦时,风力发电今后在全世界范围内将会得到新的发展。

1.浮动式风力电站

英国正开始实施一项浮动风力计划,为风力机寻找新的场地,使其不再受必须在浅水区和固定结构的限制。初始资金73.6万英镑,其中一半由石油海洋计划中的贸易和工业部资助。

这项为期三年的研究项目,目的是为风力机找到一个理想的浮动支撑结构,使较深水的近海区域的风力经济地发出电来。

一位项目发言人说:“风能在经济上的吸引力,使其作为可再生能源而置于开发的首位。”由海床作为固定结构支撑常规机器的方法,使可利用的风场只局限于相对浅的水域。而使用浮动结构扩大了潜在风场的范围,因而归这项技术提供了可观的出口潜力。

2.对流层风力发电站

前苏联一个工程师小组提出了一项对流层风力发电机的设计,在离地面10~12公里的大气层,有一对流层,其风速达每秒25~30米,风能比地面大气层的风能大2000倍,因此工程师们计划用这项巨大的风能,作出对流层风力发电站的设计。设计考虑将重量为30吨的风力发电机用气球升到离地10~12公里的高空,气球与风力发电机的连接使用超强度的缆索和电缆。控制设备和变压器等设备均设置在地面。据分析计算,大规模的对流层风力发电站的发电成本仅为现有电站的1/5~1/6。此外,这种高空电站不仅降低了发电成本,而且可用于无线电和电视传播。

3.新型家庭风力发电机

新型能源装置——家用风力发电机由风叶、稳速机构、发电机、尾舵,速度器等部分组成,它具有启动风力小的优点,只要有2级风就可发电。它采用变桨距稳速机构,当风速超过4级以上,发电机转速和输出功率稳定不变。发电机组共有五种型号,其中JC-300型,一台一般可供5户家庭用电需要。发电机配有蓄电池,不刮风仍可满足3~4天用电,安装方面,适合农村家庭和小作坊用。

4.风能热转换装置

日本农业省农业试验场的农业气象研究室正在进行风力热转换装置的试验,风机螺旋桨轴的动力通过伞齿轮传动箱,由驱动轴传到地面,并带动油压式风力热转换装置内的油泵螺旋泵风力提水机旋转,从油泵喷出的工作油通过复合阀门和节流孔后,通过保温管道进入贮热槽内的热交换器,然后再回到油泵,在工作油循环的过程中,风能就转换成热能,其热能再传给水槽中的水,获得热量后即可使用。

5.现代化风帆

现在,古老的风能配之以现代新技术,正发挥出它的更大的威力。一些国家正在研制一种完全不带燃料的远洋货轮,这种新型货轮既不装内燃机,也不装蒸汽机,它完全靠两套风力涡轮装置来产生前进的动力,并以太阳能电池作为备用能源。风力涡轮有点像风车,只是没有风车那种巨大的叶片,而是用三四片铝合金及复合材料制成的叶片,两端固定在垂直安放的数轴上。风力涡轮转动时,除了带动船尾螺旋桨使船前进外,多余的能量还能带动发电机发电,给船上的蓄电池充电。在无风时候,由蓄电池供电给电动机驱动螺旋桨。同时,船载太阳能电池板开始集能发电。

帆船在一些工业发达的国家里,曾一度被人遗忘,但今天它又以崭新的英姿,展现在人们的眼前。有人估计,只要将全世界的货船中20%装上风帆,一年中节约的燃料价值就达30亿美元。

风能是一种干净而且取之不尽的能源,但亦有它的缺点:分散、时有时无、能量密度低、有大有小等,只有因地制宜地加以利用,才能取得较好的经济效益。风能已越来越广泛地受到世界各国的重视。