布莱斯是最早用风车发电的人  
                                  
                                               海伦设计的风力乐器 

    北方的冬季，室外寒风呼啸，吹在人脸上就像刀割一样。在屋子里，人们享受着电暖气带来的温暖，喝着咖啡机煮出的热腾腾的咖啡，悠闲地看着电视。你或许不曾想到，这两个场景可以用一样事物统一起来，它就是风力发电。应中国节能公司之邀，参观了位于河北省张北县的风力发电站，得以深入了解风力发电这个新能源的未来之星。  
    1、景观：丘陵上的白色巨塔   
    张北县地处河北省西北部，内蒙古高原南缘的坝上地区，县境地形呈高原丘陵景观。乘坐大巴车开进这片土地，很快看到连绵起伏的丘陵上分布着数十座巨大的白色风车，在风中缓缓地旋转着，狭长的桨叶既像白鸟的翅膀，又像兔子的耳朵。同行的中节能风力发电投资有限公司(简称“中节能”)企划经理温卿说，这些是1500千瓦(1.5兆瓦)的风力发电机。也就是说，在满负荷状态下，这个大家伙每小时能发出1500度电，或者说可以实时供应1500个功率为一千瓦的电炉子发热。张北的电网对风力发出的电能的收购价是0.54元一度。这样算下来，风车每转一圈大约能发出两元钱的电。   
    这些1500千瓦的风力发电机的扇叶长达30米，基部直径可达一米。世界上风力发电机由德国公司“Enercon”和“REpower”制造，最大功率可达6000千瓦(6兆瓦)，总高达到198米，叶片直径达到126米。和吊车、航母、巨型客机等其他巨型机械不同，风车的造型极其简洁，和我们平常拿在手里玩的小风车别无二致，以至于身处这里会让人产生错觉，仿佛自己被缩小了很多倍，正看着旋转的风车玩具。   
    2、历史：风力乐器是开端   
    人类利用风能由来已久。在至少5500年前，人类就已经开始用风帆推动船只前进。已知最早的风力机械是公元前200年，古希腊机械发明家亚历山大城海伦(Heron of Alexandria)建造了第一个风力装置，一架通过风力鼓动活塞吹奏风琴的机器。而第一个已知的实用的风磨建造于公元7世纪伊朗的锡斯坦。在公元14世纪，荷兰人开始用风车来为莱茵河三角洲区域排水。在1900年的丹麦，有2500座风车用于泵水和磨面，大约产出30兆瓦的能量。 1887年，苏格兰人詹姆斯·布莱斯(James Blyth)首先用风车给电池充电，1888年，美国克利夫兰州建造了第一座风力发电站，到了1908 年，美国已经建了72座5千瓦到25千瓦的发电站。现代化风力发电站的先驱是1931年前苏联在雅尔塔建造的风力发电站，发电机塔高30米，最大功率 100千瓦。   
    风能产生的原因是太阳的辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分布不均，从而使空气沿水平方向运动，空气流动所形成的动能称为风能。因此风能是太阳能的一种转化形式，是一种可再生的自然能源。据中国气象科学研究院初步探明，我国风能总储量达32.26亿千瓦，居世界第一位。这个“32.26亿千瓦”是潜在的装机容量，如果说最终到底能产生多少电能，就看地球文明能存在多长时间了。   
    3、优点：可再生，无污染   
    风力发电的原理和煤电、油电、水力发电没有任何本质不同，都是通过转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。与另外几种发电方式不同的是，风力发电是通过风推动旋转的风轮，再由风轮带动转子转动。   
    风电的优点显而易见。和煤、石油等化石能源相比，风能是可再生能源，而且没有丝毫环境污染和温室气体排放。和水力发电相比，风力发电不用大规模改变环境；和生物质发电相比，风力发电几乎不占用耕地；而和太阳能相比，风能发电技术简单，能量转化率高，风能的能量转换率可达59%，相比之下，太阳能只有18%。每当出现能源危机，或者对排放有了新要求，人们都会把目光投向风电。1973年发生石油危机以后，包括美国和欧洲诸国在内的发达国家为寻求替代化石燃料的能源，投入大量经费，动员高科技产业，利用计算机、空气动力学、结构力学和材料科学等领域的新技术研制现代风力发电机组，开创了风能利用的新时期。2006年，我国的风力发电事业也开始进入高速发展时期。   
    4、器具：旋转的“一家三口”   
    为了能把风能转化成电能，风力发电机有“一家三口”———风轮、机械部分和铁塔。   
    风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件。它由数只螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向桨叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其他复合材料(如碳纤维)来制造。除了常见的风车式风轮，现在还有一些垂直风轮，s形旋转叶片等，但应用都不普遍。风轮的设计包含有大量的材料技术和流体动力学的技术，是显而易见的高科技。   
    由于风轮的转速比较低，而且风力的大小和方向经常变化着，这又使转速不稳定；所以，在带动发电机之前，还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱，再加一个调速机构使转速保持稳定，然后再连接到发电机上。虽然机械部分不像风轮那样显眼，但其实造价是风轮的两倍以上，是最精贵的部分。   
    铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。它一般修建得比较高，为的是获得较大的和较均匀的风力，又要有足够的强度。铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况，以及风轮的直径大小而定，一般在6-20米范围内。为了让风轮能够对准风向，还需要一套控制系统。1500千瓦风力发电机的铁塔有十人环抱那么粗，耗费很多材料，但造价却比风轮还要低。    
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    风电机一身“高科技”   
    风力发电机上体现了很多高新技术。风机的桨叶既需要轻，又要结实，还要能够尽量吸收风的能量。比较高级的风轮桨叶甚至可以调整角度，以适应不同大小的风力。冬天是风力最丰富的一个季节，也是最冷的季节，所以低温材料技术对风力发电机设计制造非常关键。   
    在海上修建风力发电机是很好的办法。但在海平面上修建风力发电机需要解决建造海上平台的问题，更重要的是海上的盐雾对金属的腐蚀性很大，所以海上风力发电站的建设难度非常高。在我国，风力发电机的国产化率已经超过了80%，不过，减速齿轮装置、桨叶控制系统等关键设备还是需要进口。我国也有独特的技术。一般风力发电机的风轮都用玻璃纤维复合材料制造，但浙江一个公司生产的风轮用竹子纤维代替了玻璃纤维，比玻璃钢材料重量减轻了 10%，出力反而提高了20%。