小知識：風能利用的歷史

　　人們很早就注意到風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，古埃及人就發明了風帆，他們在船上安上風帆，借助風力使船航行。中國在明代之后，開始普遍使用風帆驅動水車灌田。

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

　　風能重新被規模利用，是1973年發生石油危機以后，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、空氣動力學和材料科學等領域的新技術研制出現代風力發電機組，加之人們越來越意識到常規化石能源對環境的污染，于是積極開發清潔、可再生的能源。風能作為一種很好的清潔能源，如今越來越受到人們的重視，并被大規模開發利用。

　　我國在20世紀50年代后期開始風力發電研究工作。1986年，中國最早的風電場——馬蘭風電場的3臺機組并網運行。

　　2006年1月1日，《中華人民共和國可再生能源法》正式實施，中國風力發電進入大規模發展階段，裝機規模持續迅猛增長。

　　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電裝機大國。

　　截至2015年2月底，我國并網風電裝機容量突破1億千瓦，達到10004萬千瓦，繼續穩居我國第三大發電類型和世界風電裝機首位。我國已成為全球風電裝機增長速度最快、新增風電裝機容量最大的國家。

　　風吹綠電來

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

　　1、風電機組由哪些部分組成?

　　從外形看，風力發電機組由風輪、機艙、塔架組成。

　　風輪。風輪一般由2~3個槳葉裝在輪轂上組成，是風力發電機組接收風能的部件。我們平時看到那個像風車一樣的東西，其實就是槳葉，它就像水中劃船用的槳一樣，槳葉越大，從風中獲取的能量也就越多。目前，風電場的風力發電機組大多采用3個槳葉，其特點是運行平穩、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量，又能滿足強度與剛度要求的復合材料，如碳纖維、竹纖維、高強度玻璃纖維。

　　機艙。機艙內有齒輪箱、發電機、控制系統等關鍵設備，負責將風輪的動能轉換成電能。

　　塔架。風力發電機組需要通過塔架將其置于空中，以獲取更多的風能。塔架內通常裝有梯子，以便工作人員沿梯子進入塔架頂端的機艙進行檢修操作。

　　2、風電場如何選址?

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

　　(1)風能的質量。風能的質量不僅包括風能的多少，即年平均風速高、風功率密度大、可利用小時數等，還包括風的一些特性，如風向基本穩定、風速變化小等。

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

　　(3)地理條件。風力發電機組的隊列要講究按地形“排兵布陣”，風電場的選址也需要結合大量地理因素。首先要注意地形和地表植被。此外，建設風電場也需要盡量避開地質災害較多的地方，比如地震帶、火山頻發的地域。

　　(4)其他因素。除了“天時地利”，建設風電場還需要充分考慮到“人和”的因素。選擇靠近電網的區域建設風電場可以有效降低成本，也減少了電能損耗。風電場應遠離人口稠密的地方，以避免風力發電機組噪聲、風力發電機組損壞時的易發危險給人們帶來的影響。風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，并盡量避開鳥類的飛行路線。

　　3、風電場的發電機組是如何排布的?

　　通過對地形和風能的研究，人們為風力發電機組編排了各種隊形。風力發電機組排布時，通常呈“梅花陣”排列。“梅花陣”是針對比較平坦、風向相對單一地區設計的陣列，它的整體形態為矩陣式分布，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力發電機組之間的尾流干擾。“田字陣”和“圓形陣”都是為應對多個風向并存的情況設計的。

　　4、風電并入電網，對電網有何影響?

　　風是一種自然現象，風速與風向會隨機不斷變化，以致造成風電的頻率、電壓不穩定。而風電場大都采用了并網發電的模式，也就是將風電并入一個電網。如果一個電網中的風電比重過大，那么提供的電能質量就會受到影響，這樣會使我們家庭使用的電壓不穩定，以致燈泡一會兒亮，一會兒暗，或導致一些電器無法正常工作，嚴重時會導致整個電網癱瘓。因此，現在科研人員都在研究如何將風電變得更穩定。

　　5、如何確保風電的消納?

　　近年來，我國風力發電進入了大規模發展階段。風電高速發展也帶來了并網和消納難題。那么，如何確保風電的消納呢?專家建議，要統一協調各種類型的電源規劃，在風電場建成之前就規劃好如何并網、如何消納;電網建設應該走在風電開發之前，加快風電送出工程建設，提高風電外送能力;還要注重加強風電優先調度，挖掘系統調峰能力;每年冬季供暖期，優化風電配套線路檢修計劃，優化供熱機組調度，努力增加風電消納空間。此外，還要加快建設以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發展的堅強智能電網，加大風電消納范圍和外送力度，實施風光水火電打捆外送，在全國范圍優化配置和消納。

　　6、為何要開展大規模海上風力發電?