现代涡轮机技术

风力发电场实际能产生多少电力?
2022年6月7日

采访

卡尔·惠特尔,利物浦大学

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现代风力涡轮机

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朱莉娅:你可以感觉到今天英格兰西北海岸的风在猛烈地刮着。我现在正在爬上一个沙丘,因为当我到达这个沙丘的顶端时,我应该能看到一些涡轮机。让我们看一看。天哪,这太陡了。他们在那里。而且风很大。雾很大,但我能看到远处的波波班克斯风力涡轮机海上农场。从这里开始,我可以数1、2、3、4、5。他们只是继续前进。我们从这个多风的山上下来吧,好吗? A little bit less windy down here maybe...

朱莉娅:我们已经从风能用于生产食品,比如面粉,以及排水系统,发展到现在为我们的国家供电。像克罗斯比这样的大型海上风力发电场就是这样做的。但是像这样的农场到底能产生多少能量呢?好吧,我想我应该离开这个多风的海滩到城里去看看。我来利物浦大学是为了见工程师卡尔·惠特尔。他会告诉我它们是怎么工作的。

他们的半径可以达到150,现在他们的直径可以达到250。

朱莉娅:单位是英尺吗?

卡尔——米。

茱莉娅:150米?哇。

这是因为面积越大,你从风中提取的能量就越多。你想做得更大,以获取更多的能量,而更多的能量意味着你产生更多的电力。

朱莉娅:那么,当这些巨大的结构旋转时,旋转是如何转化为能量的呢?

最简单的方法是把它想象成自行车上的发电机。当你转动轮子时,它带动发电机。发电机的工作方式与汽轮机完全相同。你有一个磁性线圈和一个旋转的磁铁。然后,当它旋转时,就会产生交流电。然后风力涡轮机将其转化为你想要的可用能量,无论是交流还是直流。然后,它被传输到电网或任何正在使用它的地方,因为一些风力涡轮机可以在屋顶上,然后可以直接给电池充电,其他的可以进入电网。克罗斯比看到的那些会被输送到国家电网。

朱莉娅:你这里有一个风力涡轮机发展的图表吗?就像一个奔驰的标志,从小的一直到大的。

卡尔-是的,差不多。就是这样。它们越来越大了。我想,他们现在产生的,是我们现在看到的,兆瓦级的能量。如果你有一个风力发电场,有几百个或几千个这样的风力发电场,其中一些是大型的超级风力发电场,你就能产生几百兆瓦,甚至是千兆瓦的电力,这相当于一个核反应堆。

朱莉娅:那能给多少家庭供电?

卡尔:这确实取决于家庭的使用情况,但1千兆瓦肯定能覆盖整个利物浦。而较新的太阳能电池将走得更远,在陆地上,就它们能提供多少电力而言。

茱莉亚
这些涡轮机目前是由什么制成的?

卡尔:支架和叶片的一系列材料——铝钢——现在将由复合材料制成,因为我们需要减轻重量,因为涡轮机叶片越重,转动它们所需的能量就越多,这是一种效率的提高。我们只是想提高每一点效率;这里10%,那里2%随着时间的推移开始增加。在一些早期的设计中,我们不能真的回收所有的东西。现在,我们可以回收掉下来的大部分东西。我们可以重复使用金属,如果我们想的话,我们可以重复使用复合材料。风能的碳使用量现在达到了,几年之后,也许5到10年取决于风力涡轮机的设计你现在所处的位置这将被定义为净负碳,因为你正在发电,与天然气相比,它不再产生碳。

朱莉娅:会不会有一天,英国所有的能源都来自这些建筑?

卡尔:可以想象,根据目前的电力使用情况,将来风能和太阳能会比天然气多。风能的问题是间歇性的。我们在地理位置上很幸运,而且总是有风。总有风的地方。问题是,有些日子不刮风。所以,如果你看看几周前这里的晴天,我们确实有一个晴朗的晴天,天空是蓝色的,但那天的风不是很强。我们更多地依赖太阳能而不是风能。我们要么需要增加风能的容量,要么另一种方式是增加能量储存,比如电池或氢的使用。因为你有时会发现风在转,但风力涡轮机没有转,因为它们不需要在电网规模上提供电力。或者,风真的在吹,我们必须关闭涡轮机,因为我们不想损坏风力涡轮机。 We need to have other supporting things in place but it is conceivable, based on our current electrical needs, that we could have days in the next 10 years where we don't need gas, we can run on wind and solar together. Nuclear would always be there as a baseline, say, to provide a safe supply for electricity, but there will come a point when we will not need any gas at all in the day. As we move to net zero by 2050, and there are a lot more electric vehicles on the road, we then need to increase capacity even more to cover everybody wanting to charge their cars when they go home. That is a demand management issue.

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