海面上的大風(fēng)車

文/王赫

你一定見過大風(fēng)車，但你知道除了陸地上，海面上也有人造的大風(fēng)車嗎？你知道這些大風(fēng)車的用途嗎？看過下面兩件展品，你就會明白了。

風(fēng)車變風(fēng)機

在中國科學(xué)技術(shù)館的展廳里，有兩個展項“發(fā)電樂園”和“風(fēng)電安家”，展示的是海上大風(fēng)車的模型。沒錯，海面上的大風(fēng)車就是用來發(fā)電的！

大家在“發(fā)電樂園”中的風(fēng)力發(fā)電區(qū)域，可以通過推動推桿調(diào)節(jié)風(fēng)速，觀察風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能的過程。

在“風(fēng)電安家”這一展項中，大家可以把小風(fēng)車插入高山、平原和海洋等不同的地形中，從而搞清楚到底哪里更適合風(fēng)力發(fā)電。

中國科學(xué)技術(shù)館“發(fā)電樂園”展項的“風(fēng)力發(fā)電”區(qū)域

說起海上風(fēng)力發(fā)電，就不得不從人人都熟悉的風(fēng)車說起了。在宋朝時，我國就出現(xiàn)了提水灌溉農(nóng)田的風(fēng)車。12 世紀前后，歐洲出現(xiàn)了大型的塔式風(fēng)車。到了16 世紀，這種大型風(fēng)車在荷蘭被大量應(yīng)用于磨坊，還用于低地的排水工程，徹底改變了荷蘭的地貌。全世界不同地方風(fēng)車的出現(xiàn)，標(biāo)志著人類在利用風(fēng)能方面漸漸走向成熟。

13 世紀東亞地區(qū)的風(fēng)車

但風(fēng)力時強時弱，很難被直接有效利用。后來，人類發(fā)現(xiàn)了電能，掌握了控制電能的方法，并且試著將風(fēng)能等天然能源轉(zhuǎn)化為電能，也就是利用風(fēng)力發(fā)電。19 世紀末，科學(xué)家們開始嘗試研制風(fēng)力發(fā)電機（簡稱風(fēng)機），雖然進展十分緩慢，但那時已經(jīng)出現(xiàn)了像風(fēng)車一樣的風(fēng)機。20 世紀30 年代和90 年代，風(fēng)機的發(fā)展經(jīng)歷了兩次熱潮。到2006 年，《中華人民共和國可再生能源法》實施之后，我國的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)開始迅速發(fā)展。

如今，風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視，據(jù)估算，全球的風(fēng)能比地球上可開發(fā)利用的水能的總量還要大10 倍，尤其是海上風(fēng)力發(fā)電，在其中占據(jù)了重要地位。

海上大風(fēng)車的天然優(yōu)勢

在陸地上，風(fēng)機一般都建造在遠離人群的地方，如草原、山頂。幾十米高的風(fēng)機上，三片“葉子”在風(fēng)的推動下源源不斷地輸出電能。但是，這些陸地上的風(fēng)電項目也存在著不足，比如選址困難、占地面積過大、會產(chǎn)生噪聲污染等。

而在空曠的海面上，則不存在這樣的問題，幾乎時時刻刻都存在的海風(fēng)有利于將風(fēng)能高效轉(zhuǎn)化為電能。在海上建造風(fēng)機有著顯而易見的優(yōu)勢喲！

海上風(fēng)力發(fā)電，最大的優(yōu)勢莫過于海風(fēng)。風(fēng)機發(fā)電量和運行效率的大小，取決于風(fēng)的大小。在陸地上，地勢的高低極大地影響著風(fēng)速，一般情況下，地勢越低風(fēng)速就越小。因此，在陸地上，風(fēng)機大多立在高高的山頂，以便利用高空比較大的風(fēng)速。問題是，陸地上不同高度的風(fēng)速相差太大了，很容易出現(xiàn)風(fēng)機葉片震動、疲勞甚至斷裂的情況，進而導(dǎo)致傳動系統(tǒng)損壞。這時候，在海上建風(fēng)機的優(yōu)勢就十分明顯啦。海面是平的，風(fēng)在這里基本沒有阻力，平均風(fēng)速高，風(fēng)向改變的頻率也較低，所以海上的風(fēng)較為平穩(wěn)，轉(zhuǎn)化為電能時，輸出也更穩(wěn)定。

另外，在海上發(fā)電，風(fēng)機利用率更高?？茖W(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)速越大，風(fēng)機的發(fā)電功率也越大。海上的風(fēng)速比陸地的風(fēng)速高20%，同等發(fā)電量的風(fēng)機，海上的年發(fā)電量能比陸地上的高不少呢。

海上發(fā)電還有一個優(yōu)勢，就是海上風(fēng)機的單機容量（可以簡單理解為單機發(fā)電量）更大。這是很有意思的一點，我們很容易就能從風(fēng)機葉片的大小看出來。海上風(fēng)機的葉片長度一般都在100 米左右，而陸地上風(fēng)機的葉片平均只有80 米長。風(fēng)機的葉片越大，掃風(fēng)面積和利用風(fēng)的能量就越多，也意味著單機的發(fā)電量越大。陸地上的葉片為什么短呢？原因很簡單，因為長度超過100 米的葉片在陸地上很難運輸呀！

海上發(fā)電也有環(huán)保方面的優(yōu)勢，那就是海上風(fēng)機不占地、不擾民。陸地上建造風(fēng)電項目，對選址的要求很苛刻，耕地、林地等都不能建。隨著陸上風(fēng)電的發(fā)展，陸地上風(fēng)資源好的地方越來越少。而風(fēng)機噪聲對居民和動物的影響也比較大，這些都是陸上風(fēng)電項目受限的因素。而海上風(fēng)機就不存在這些問題，我國是海洋大國，大陸海岸線長度超過1.8 萬公里，居世界第四位，有著大面積的海域可供發(fā)展風(fēng)力發(fā)電。

海上風(fēng)力發(fā)電最關(guān)鍵的優(yōu)勢還在于距離用電量巨大的地區(qū)較近。我國東部沿海尤其是東南沿海地區(qū)城市集中，經(jīng)濟發(fā)達，用電需求極大。我國遼闊的大西北建有大量風(fēng)電場，但是，這些電要通過長長的輸電線路送往東南沿海，也就是西電東送，成本極大。而海上風(fēng)電場基本都建在沿海離岸幾十至一兩百公里處，距離用電量巨大的地區(qū)較近，并且常年有風(fēng)，所以很適合密集用電地區(qū)的需求。

我國現(xiàn)在已經(jīng)成為海上風(fēng)力發(fā)電的大國，二十多年來，科學(xué)家們陸續(xù)攻克了海上風(fēng)電的許多技術(shù)難題，比如設(shè)備的設(shè)計研發(fā)、安裝施工，電能傳輸及電網(wǎng)建設(shè)維護、地質(zhì)環(huán)境對施工的影響等。相信在參觀完中國科學(xué)技術(shù)館的相關(guān)展覽后，大家對海上風(fēng)電的理解和認識會更加深刻，讓我們共同期待海上的大風(fēng)車越來越多吧！