风与光的电站领域应用

风和阳光,怎样点亮一座城市?

把电风扇倒过来转就是风力发电机,把光子变成电流就是光伏板——难的不是发电,是风不总吹、天总会黑。

9岁以上7分钟能源 · 风电 · 光伏
风和阳光,怎样点亮一座城市?

在西北的戈壁滩上,成千上万块光伏板铺成一片深蓝色的“海洋”;不远处的山脊上,白色风车成排转动,慢悠悠地挥着手臂。这里不烧一克煤,却源源不断把电送往几千公里外的城市灯火。风和阳光不要钱、用不完,工程师的任务,是把它们变成插上插座就能用的电。

你知道吗

一台风力发电机有多大?海上最新的机组,单片叶片就超过一百米——比一架大型客机的翼展还长,转一圈扫过的面积比好几个足球场加起来还大。而它转一圈,就够一户家庭用好几天电。

风车和光伏板各自在忙什么?

风力发电机的原理,是把电风扇整个倒过来:不让电变风,让风变电。风吹过叶片,被巧妙设计的翼型引着转向,推动叶轮旋转,带动发电机——线圈在磁场里转动,电就被“搅”了出来(这正是法拉第发现的电磁感应)。叶片转得慢没关系,齿轮箱会把转速提上去。光伏板则安静得多:阳光里的光子砸进硅片,把电子从原子里撞出来,电子一流动,就是电流——没有轰鸣,没有转动,阳光直接变电。

真正的难题在后面:风不会总吹,天总会黑,光伏晚上彻底下班——这叫间歇性,是风光电的天然短板。工程师开了三副药:一是储能,把中午多发的电存进巨型电池,或用水泵把水抽上高山水库,晚上放水发电;二是特高压输电,用正负一千一百千伏的“电力高速公路”,把西部戈壁的电送到几千公里外的东部,损耗还很小;三是精准的发电预测和智能调度,让电网提前知道明天风大不大、云多不多。

  • 风力发电机:倒转的电风扇,风推动叶片发电
  • 光伏板:光子撞出电子,阳光直接变电流
  • 间歇性:风会停云会来,发电不稳的天性
  • 储能:电池和抽水蓄能,把多余的电存起来
  • 特高压:输电的“高速公路”,西电东送大动脉

装机第一大国的一盘大棋

中国的风电和光伏装机容量都已位居世界第一,戈壁滩上的大基地一个接一个并网发电。工程师们还在琢磨让光伏板下长牧草、板上发电、板下放羊的“光伏羊”模式,一片土地挣两份钱。风和光正从配角变成主力,这可能是这个时代最安静的一场能源革命。

动手试试

动手试一试:用正方形纸折一个小风车,别在筷子或吸管上,对着电风扇吹,看它转速;再把风速调小、调大各试一次,注意转速变化。再想想:真的大风车遇到台风为什么反而停机不转了?(提示:机器也怕吹坏了。)

万事俱备,只欠东风。——《三国演义》