風電科普 | 海上風電：風葉轉一圈能發多少電？

風電場為地方經濟發展提供了源源不斷的綠色動力。相信有不少小伙伴都有過這樣的疑惑：這風車轉得這么慢悠悠的，轉一圈能產出幾度電？

要回答這個問題，我們要先從風力發電機的發電原理說起。

風力發電機組由葉輪、機艙、塔筒等基礎部件組成。它的發電原理很簡單：機組利用風力帶動風車葉輪旋轉，將風能轉化為機械能，發電機再將機械能轉化為電能，然后電能通過集電線路輸送到風電場升壓站，升壓后再輸送到電網，就可以變成千家萬戶使用的清潔風電了。

可一個風電場都由幾十甚至上百組風車組成，這么多風車是如何運作的呢？

每一臺風車都由風電場的“中樞大腦”——主控室控制，負責風電機組運行的工作人員24小時全天候監測，保證風車的安全與健康。

一般情況下，風速只要達到3米/秒（微風拂面的感覺），風車就可以旋轉發電。

以1500千瓦的風機機組為例，機組葉片大約有35米長（約12層樓高）。風力發電機每轉動一周，大概需要4~5秒（但這時的葉尖速度可達280多公里每小時，堪比高鐵速度），可以產生約1.4度電。在正常滿功率的情況下，一天的發電量就可供15個家庭使用1年。這樣一臺風力發電機，每年可以減排3000噸二氧化碳、15噸二氧化硫、9噸二氧化氮。

風力發電是不是風越大越好？

根據能量守恒定律，的確風速越大提供的電能就越多，但我們的風能轉換器在風速達到一定數值時，會因為強度過大而損壞，而且事實上，發電量不取決于葉片轉速。

因為風力發電機機組中存在一個類似汽車變速箱的裝置，比如變速箱掛到1檔，那么即使葉片轉速非?？欤ㄏ喈斢谟烷T踩到底），但通過變速箱傳動到發電機裝置當中仍然是較為恒定的低速（相當于車子還是跑不快），有了這么個裝置，也變相起到了保護作用。而在葉片恒定轉速的情況下，葉片受力增加，功率就會增加，風機的葉片越大，功率越大，相應發電量就越多。

接著問題又來了，那風也不會乖乖聽話，只往一個方向吹呀？

不用擔心，風力發電機的頭部集成有傳感器和偏航系統，一旦風向標與風速儀采集到風向與風速變化，偏航系統就會督促偏航電機調整機艙位置，使其平穩地對準風向，最大效率利用風能。

為什么要發展海上風電？

大海廣袤無垠，具有豐富的風能資源，海上風電發電利用小時數高、不占用土地、不消耗水資源，適宜大規模開發，發電效率普遍比陸上風電高出20%~40%。換句話說，潛力“杠杠的”。實現碳達峰，風電大有可為。

風能是可再生能源，非常環保。而且風能設施對生態環境影響較小。雖然前期投入較大，但相比水電和火電，后期維護、管理費用極低，是目前新能源領域中技術最成熟、最具規模開發條件和商業化發展的發電方式之一。

但是，風是一種間歇性可再生能源，在短時間內的功率變化很大，但長時間的功率較為穩定。這使得風力發電無法根據需求而增減發電，不能作為基載電力來源。因此，風力發電必須與其他的電力來源或儲存設施一起使用，才能夠提供穩定的電源。隨著地區的風力發電增加，可能需要更多像是火力發電、核能發電的常規能源作為備用，或是升級電網。

不過，可以使用電力管理技術來解決這些問題，像是調度不同的再生能源與不同地理分布的發電機組，向鄰近區域的進出口電源、存儲能量等方法。因此，目前電網公司都在探索如何實現新能源的大規模消納。