環保常識:風力發電的原理和意義作文
風很早就被人們利用--主要是通過風車來抽水、磨面……。現在,人們感興趣的,首先是如何利用風來發電。
風是一種潛力很大的新能源,人們也許還記得,十八世紀初,橫掃英法兩國的一次狂暴大風,吹毀了四百座風力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多條帆船,並有數千人受到傷害,二十五萬株大樹連根拔起。僅就拔樹一事而論,風在數秒鐘內就發出了一千萬馬力(即750萬千瓦;一馬力等於0.75千瓦)的功率!有人估計過,地球上可用來發電的風力資源約有100億千瓦,幾乎是現在全世界水力發電量的10倍。目前全世界每年燃燒煤所獲得的能量,只有風力在一年內所提供能量的三分之一。因此,國內外都很重視利用風力來發電,開發新能源。
利用風力發電的嘗試,早在本世紀初就已經開始了。三十年代,丹麥、瑞典、蘇聯和美國應用航空工業的旋翼技術,成功地研製了一些小型風力發電裝置。這種小型風力發電機,廣泛在多風的海島和偏僻的鄉村使用,它所獲得的電力成本比小型內燃機的發電成本低得多。不過,當時的發電量較低,大都在5千瓦以下。
目前,據瞭解,國外已生產出15,40,45,100,225千瓦的風力發電機了。1978年1月,美國在新墨西哥州的克萊頓鎮建成的200千瓦風力發電機,其葉片直徑為38米,發電量足夠60户居民用電。而1978年初夏,在丹麥日德蘭半島西海岸投入運行的風力發電裝置,其發電量則達2000千瓦,風車高57米,所發電量的75%送入電網,其餘供給附近的一所學校用。
1979年上半年,美國在北卡羅來納州的藍嶺山,又建成了一座世界上最大的發電用的風車。這個風車有十層樓高,風車鋼葉片的直徑60米;葉片安裝在一個塔型建築物上,因此風車可自由轉動並從任何一個方向獲得電力;風力時速在38公里以上時,發電能力也可達2000千瓦。由於這個丘陵地區的平均風力時速只有29公里,因此風車不能全部運動。據估計,即使全年只有一半時間運轉,它就能夠滿足北卡羅來納州七個縣1%到2%的用電需要。
怎樣利用風力來發電呢?
我們把風的動能轉變成機械能,再把機械能轉化為電能,這就是風力發電。風力發電所需要的裝置,稱作風力發電機組。這種風力發電機組,大體上可分風輪(包括尾舵)、發電機和鐵塔三部分。(大型風力發電站基本上沒有尾舵,一般只有小型(包括家用型)才會擁有尾舵)
風輪是把風的動能轉變為機械能的重要部件,它由兩隻(或更多隻)螺旋槳形的葉輪組成。當風吹向漿葉時,槳葉上產生氣動力驅動風輪轉動。槳葉的材料要求強度高、重量輕,目前多用玻璃鋼或其它複合材料(如碳纖維)來製造。(現在還有一些垂直風輪,s型旋轉葉片等,其作用也與常規螺旋槳型葉片相同)
由於風輪的轉速比較低,而且風力的大小和方向經常變化着,這又使轉速不穩定;所以,在帶動發電機之前,還必須附加一個把轉速提高到發電機額定轉速的齒輪變速箱,再加一個調速機構使轉速保持穩定,然後再聯接到發電機上。為保持風輪始終對準風向以獲得最大的功率,還需在風輪的後面裝一個類似風向標的尾舵。
鐵塔是支承風輪、尾舵和發電機的構架。它一般修建得比較高,為的是獲得較大的和較均勻的風力,又要有足夠的強度。鐵塔高度視地面障礙物對風速影響的情況,以及風輪的直徑大小而定,一般在6-20米範圍內。
發電機的作用,是把由風輪得到的恆定轉速,通過升速傳遞給發電機構均勻運轉,因而把機械能轉變為電能。
多大的風力才可以發電呢?
一般説來,3級風就有利用的價值。但從經濟合理的角度出發,風速大於每秒4米才適宜於發電。據測定,一台55千瓦的風力發電機組,當風速每秒為9.5米時,機組的輸出功率為55千瓦;當風速每秒8米時,功率為38千瓦;風速每秒為6米時,只有16千瓦;而風速為每秒5米時,僅為9.5千瓦。可見風力愈大,經濟效益也愈大。
在我國,現在已有不少成功的中、小型風力發電裝置在運轉。
我國的風力資源極為豐富,絕大多數地區的平均風速都在每秒3米以上,特別是東北、西北、西南高原和沿海島嶼,平均風速更大;有的地方,一年三分之一以上的時間都是大風天。在這些地區,發展風力發電是很有前途的。
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