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風力發電——發電需要的風力
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风力发电的原理,是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。依据目前的风车技术,大约是每秒三公尺的微风速度(微风的程度),便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮,因为风力发电没有燃料问题,也不会产生辐射或空气污染。一般说来,3级风有利用的价值。但从经济合理的角度出发,风速大于每秒4米才适宜于发电。据测定,一台55千瓦的風力發電機组,当风速每秒为9.5米时,机组的输出功率为55千瓦;当风速每秒8米时,功率为38千瓦;风速每秒为6米时,只有16千瓦;而风速为每秒5米时,仅为9.5千瓦。可见风力愈大,经济效益也愈大。
    风力发电在芬兰、丹麦等很流行;我国也在西部地区大力提倡。小型风力发电系统效率很高,但它不是只由一个发电机头组成的,而是一个有一定科技含量的小系统:風力發電機+充电器+数字逆变器。風力發電機由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要,各部分功能为:叶片用来接受风力并通过机头转为电能;尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得大的风能;转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能;机头的转子是永磁体,定子绕组切割磁力线产生电能。
    風力發電機因风量不稳定,故其输出的是13~25V变化的交流电,须经充电器整流,再对蓄电瓶充电,使風力發電機产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源,把电瓶里的化学能转变成交流220V市电,才能保证稳定使用。通常人们认为,风力发电的功率完全由風力發電機的功率决定,总想选购大一点的風力發電機,而这是不正确的。目前的風力發電機只是给电瓶充电,而由电瓶把电能贮存起来,人们终使用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系。功率的大小更主要取决于风量的大小,而不仅是机头功率的大小。在内地,小的風力發電機会比大的更合适。因为它更容易被小风量带动而发电,持续不断的小风,会比一时狂风更能供给较大的能量。当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能,也是说一台200W風力發電機也可以通过大电瓶与逆变器的配合使用,获得500W甚至1000W乃至更大的功率出。
    使用風力發電機,是源源不断地把风能变成我们家庭使用的标准市电,其节约的程度是明显的,一个家庭一年的用电只需20元电瓶液的代价。而现在的風力發電機比几年前的性能有很大改进,以前只是在少数边远地区使用,風力發電機接一个15W的灯泡直接用电,一明一暗并会经常损坏灯泡。而现在由于技术进步,采用先进的充电器、逆变器,风力发电成为有一定科技含量的小系统,并能在一定条件下代替正常的市电。山区可以借此系统做一个常年不花钱的路灯;高速公路可用它做夜晚的路标灯;山区的孩子可以在日光灯下晚自习;城市小高层楼顶也可用风力电机,这不但节约而且是真正绿色电源。家庭用風力發電機,不但可以防止停电,而且还能增加生活情趣。在旅游景区、边防、学校、部队乃至落后的山区,風力發電機正在成为人们的采购热点。无线电爱好者可用自己的技术在风力发电方面为山区人民服务,使人们看电视及照明用电与城市同步,也能使自己劳动致富。
    随着电力电子技术的发展,双馈型感应发电机(Double-Fed Induction Generator)在风能发电中的应用越来越广。这种技术不过分依赖于蓄电池的容量,而是从励磁系统入手,对励磁电流加以适当的控制,从而达到输出一个恒频电能的目的。双馈感应发电机在结构上类似于异步发电机,但在励磁上双馈发电机采用交流励磁。我们知道一个脉振磁势可以分解为两个方向相反的旋转磁势,而三相绕组的适当安排可以使其中一个磁势的效果消去,这样一来得到一个在空间旋转的磁势,这相当于同步发电机中带有直流励磁的转子。双馈发电机的优势在于,交流励磁的频率是可调的,这是说旋转励磁磁动势的频率可调。这样当原动机的转速不定时,适当调节励磁电流的频率,可以满足输出恒频电能的目的。由于电力电子元器件的容量越来越大,所以双馈发电机组的励磁系统调节能力也越来越强,这使得双馈机的单机容量得以提高。虽然,部分理论还在完善当中,但是双馈反应发电机的广泛应用这一趋势将越来越明显。
    风力发电,不合国情国内纷纷上马的风力发电厂大多是形象工程。工信风力发电原理图部副部长苗圩近日语出惊人,他认为中国风沙伴存,风电设备受风沙磨损大,上马太多风电项目不合我国国情。苗圩说,国外有风地方没有沙,比如说是海洋风。苗圩说:中国是有风的地方有沙,风沙对风力发电设备磨损非常厉害。现在风能发电风机应该是20年的寿命,但是如果有风沙的侵蚀寿命还到不了20年。再过5年,寿命肯定要出问题,特别是甘肃那个千万千瓦级的风力发电站典型的形象工程。此话题,苗圩表示,能源布局的重点,应该是供给端和使用端要做到平衡。而现状是能源拉着低级能源运转。苗圩举例说,湖北本来水电是优势,三峡的电应该更多留在湖北用,这是好的清洁能源。但是现在却把湖北的电运到东部区,湖北再从周边买煤运到湖北,引发一连串的效应,河南不够用了,再到山西、山东甚至到新疆去运煤。进行全国大旅行,全国铁路货运一半用来运送煤炭。这是多大的物流成本,多大的浪费。据报道,甘肃酒泉千万千瓦级风电基地于2008年8月全面启动,标志着中国正式步入了打造风电三峡工程阶段。据气象部门新风能评估结果表明,酒泉风能资源总储量为1.5亿千瓦,可开发量4000万千瓦以上,可利用面积近1万平方公里。
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