具體來說，就是風(fēng)吹過風(fēng)車槳葉時在槳葉正反面形成壓差，驅(qū)動風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)輪的機(jī)械能。發(fā)電機(jī)在風(fēng)輪的帶動下旋轉(zhuǎn)發(fā)電，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。實現(xiàn)這一能量轉(zhuǎn)換的設(shè)備為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率是衡量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電能力的指標(biāo)，功率越大，則發(fā)電能力越強(qiáng)。風(fēng)電機(jī)組在達(dá)到額定功率之前，其輸出功率和風(fēng)速的立方成正比，因此風(fēng)速是風(fēng)能資源的關(guān)鍵因素。

　　但是，人們從風(fēng)中提取的能量最多只能是它的59.6%，一般情況下要小于40%。

　　小知識：風(fēng)能利用的歷史

　　人們很早就注意到風(fēng)能是一種非常好的能源，而且一直在尋找各種有效利用的方法。在幾千年之前，古埃及人就發(fā)明了風(fēng)帆，他們在船上安上風(fēng)帆，借助風(fēng)力使船航行。中國在明代之后，開始普遍使用風(fēng)帆驅(qū)動水車灌田。

　　18世紀(jì)，荷蘭曾利用近萬座風(fēng)車將海堤內(nèi)的水排干，成了著名的風(fēng)車之國。這種風(fēng)車在歐洲大陸很普遍，是機(jī)械能的主要來源。可是后來，蒸汽機(jī)、電動機(jī)等高效的新興機(jī)械產(chǎn)品出現(xiàn)了，古老的風(fēng)車顯得又慢又笨，于是被紛紛棄之不用。

　　風(fēng)能重新被規(guī)模利用，是1973年發(fā)生石油危機(jī)以后，美國、西歐的一些國家為尋求替代化石燃料的能源，利用計算機(jī)、空氣動力學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域的新技術(shù)研制出現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，加之人們越來越意識到常規(guī)化石能源對環(huán)境的污染，于是積極開發(fā)清潔、可再生的能源。風(fēng)能作為一種很好的清潔能源，如今越來越受到人們的重視，并被大規(guī)模開發(fā)利用。

　　鏈接：我國風(fēng)電的發(fā)展歷程

　　我國在20世紀(jì)50年代后期開始風(fēng)力發(fā)電研究工作。1986年，中國最早的風(fēng)電場——馬蘭風(fēng)電場的3臺機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行。

　　2006年1月1日，《中華人民共和國可再生能源法》正式實施，中國風(fēng)力發(fā)電進(jìn)入大規(guī)模發(fā)展階段，裝機(jī)規(guī)模持續(xù)迅猛增長。

　　2009年突破1000萬千瓦，2012年突破5000萬千瓦，取代美國成為世界第一風(fēng)電裝機(jī)大國。

　　截至2015年2月底，我國并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量突破1億千瓦，達(dá)到10004萬千瓦，繼續(xù)穩(wěn)居我國第三大發(fā)電類型和世界風(fēng)電裝機(jī)首位。我國已成為全球風(fēng)電裝機(jī)增長速度最快、新增風(fēng)電裝機(jī)容量最大的國家。

　　風(fēng)吹綠電來

　　上期科普版介紹了人們是如何有效利用風(fēng)能的，本期再來和你講講風(fēng)電建設(shè)者是如何為風(fēng)電場選址的，風(fēng)電并網(wǎng)對電網(wǎng)會產(chǎn)生哪些影響，以及如何確保風(fēng)電的消納。

　　1、風(fēng)電機(jī)組由哪些部分組成?

　　從外形看，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由風(fēng)輪、機(jī)艙、塔架組成。

　　風(fēng)輪。風(fēng)輪一般由2~3個槳葉裝在輪轂上組成，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組接收風(fēng)能的部件。我們平時看到那個像風(fēng)車一樣的東西，其實就是槳葉，它就像水中劃船用的槳一樣，槳葉越大，從風(fēng)中獲取的能量也就越多。目前，風(fēng)電場的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大多采用3個槳葉，其特點是運(yùn)行平穩(wěn)、效率高。制作槳葉的材料通常是玻璃纖維，但是隨著槳葉的不斷加大，還需要既能減輕槳葉質(zhì)量，又能滿足強(qiáng)度與剛度要求的復(fù)合材料，如碳纖維、竹纖維、高強(qiáng)度玻璃纖維。

　　機(jī)艙。機(jī)艙內(nèi)有齒輪箱、發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備，負(fù)責(zé)將風(fēng)輪的動能轉(zhuǎn)換成電能。

　　塔架。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組需要通過塔架將其置于空中，以獲取更多的風(fēng)能。塔架內(nèi)通常裝有梯子，以便工作人員沿梯子進(jìn)入塔架頂端的機(jī)艙進(jìn)行檢修操作。

　　2、風(fēng)電場如何選址?

　　選擇風(fēng)電場的場址，是對一個較大區(qū)域的風(fēng)能、氣象條件、電網(wǎng)、交通、地質(zhì)、周圍環(huán)境等因素和條件綜合考察后，選擇一個風(fēng)能資源豐富、最有利用價值的小區(qū)域的過程。要綜合考慮以下幾個方面的因素：

　　(1)風(fēng)能的質(zhì)量。風(fēng)能的質(zhì)量不僅包括風(fēng)能的多少，即年平均風(fēng)速高、風(fēng)功率密度大、可利用小時數(shù)等，還包括風(fēng)的一些特性，如風(fēng)向基本穩(wěn)定、風(fēng)速變化小等。

　　(2)氣象條件。在與風(fēng)打交道時，氣象條件尤為重要。勘測一處風(fēng)電場，要了解這個地方的溫度、濕度、氣壓等氣象學(xué)信息。此外，風(fēng)電場一定要盡量避開那些氣象災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū)。這些氣象災(zāi)害包括強(qiáng)臺風(fēng)、龍卷風(fēng)、雷電、沙暴、覆冰、鹽霧等。

　　(3)地理條件。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的隊列要講究按地形“排兵布陣”，風(fēng)電場的選址也需要結(jié)合大量地理因素。首先要注意地形和地表植被。此外，建設(shè)風(fēng)電場也需要盡量避開地質(zhì)災(zāi)害較多的地方，比如地震帶、火山頻發(fā)的地域。

　　(4)其他因素。除了“天時地利”，建設(shè)風(fēng)電場還需要充分考慮到“人和”的因素。選擇靠近電網(wǎng)的區(qū)域建設(shè)風(fēng)電場可以有效降低成本，也減少了電能損耗。風(fēng)電場應(yīng)遠(yuǎn)離人口稠密的地方，以避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)組噪聲、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組損壞時的易發(fā)危險給人們帶來的影響。風(fēng)電場的選擇還需要考慮盡量少破壞地表植被，盡量不侵占野生動物的巢穴區(qū)，并盡量避開鳥類的飛行路線。

　　3、風(fēng)電場的發(fā)電機(jī)組是如何排布的?

　　通過對地形和風(fēng)能的研究，人們?yōu)轱L(fēng)力發(fā)電機(jī)組編排了各種隊形。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組排布時，通常呈“梅花陣”排列。“梅花陣”是針對比較平坦、風(fēng)向相對單一地區(qū)設(shè)計的陣列，它的整體形態(tài)為矩陣式分布，各排之間相互平行，但每兩排間是相互錯位的。這樣做是為了減小風(fēng)力發(fā)電機(jī)組之間的尾流干擾。“田字陣”和“圓形陣”都是為應(yīng)對多個風(fēng)向并存的情況設(shè)計的。

　　4、風(fēng)電并入電網(wǎng)，對電網(wǎng)有何影響?

　　風(fēng)是一種自然現(xiàn)象，風(fēng)速與風(fēng)向會隨機(jī)不斷變化，以致造成風(fēng)電的頻率、電壓不穩(wěn)定。而風(fēng)電場大都采用了并網(wǎng)發(fā)電的模式，也就是將風(fēng)電并入一個電網(wǎng)。如果一個電網(wǎng)中的風(fēng)電比重過大，那么提供的電能質(zhì)量就會受到影響，這樣會使我們家庭使用的電壓不穩(wěn)定，以致燈泡一會兒亮，一會兒暗，或?qū)е乱恍╇娖鳠o法正常工作，嚴(yán)重時會導(dǎo)致整個電網(wǎng)癱瘓。因此，現(xiàn)在科研人員都在研究如何將風(fēng)電變得更穩(wěn)定。

　　5、如何確保風(fēng)電的消納?

　　近年來，我國風(fēng)力發(fā)電進(jìn)入了大規(guī)模發(fā)展階段。風(fēng)電高速發(fā)展也帶來了并網(wǎng)和消納難題。那么，如何確保風(fēng)電的消納呢?專家建議，要統(tǒng)一協(xié)調(diào)各種類型的電源規(guī)劃，在風(fēng)電場建成之前就規(guī)劃好如何并網(wǎng)、如何消納;電網(wǎng)建設(shè)應(yīng)該走在風(fēng)電開發(fā)之前，加快風(fēng)電送出工程建設(shè)，提高風(fēng)電外送能力;還要注重加強(qiáng)風(fēng)電優(yōu)先調(diào)度，挖掘系統(tǒng)調(diào)峰能力;每年冬季供暖期，優(yōu)化風(fēng)電配套線路檢修計劃，優(yōu)化供熱機(jī)組調(diào)度，努力增加風(fēng)電消納空間。此外，還要加快建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強(qiáng)智能電網(wǎng)，加大風(fēng)電消納范圍和外送力度，實施風(fēng)光水火電打捆外送，在全國范圍優(yōu)化配置和消納。

　　6、為何要開展大規(guī)模海上風(fēng)力發(fā)電?

　　眾所周知，海面上的風(fēng)能資源比陸地上豐富，海上很少有靜風(fēng)期，能更有效地利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電容量。海上的風(fēng)速隨高度的變化小，不需要很高的塔架。而且，海上沒有復(fù)雜的地形對氣流的影響，因此減小了風(fēng)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的疲勞損耗，可延長其使用壽命。另外，海上風(fēng)電不占用寶貴的陸地資源，且適合安裝大型機(jī)組。目前，很多國家都在發(fā)展大規(guī)模海上風(fēng)電場，海上風(fēng)力發(fā)電已成為風(fēng)電的發(fā)展趨勢。我國有漫長的海岸線，有著豐富的海上風(fēng)能資源。國家能源局2010年指出，要大力推進(jìn)海上風(fēng)力發(fā)電基地建設(shè)。