风力的工作原理是利用风力涡轮机的转子叶片和轮毂上的气流。轮毂通过低速轴和高速轴连接到变速箱,驱动发动机舱内的发电机。发电机把能量转换成电能。
一个典型的风力涡轮机是一个光滑的,细长的结构,由一个三叶片转子组成,扩展到直径235英尺,连接在一个高132到256英尺的塔的顶部。偏航机制使用电机与转子转动机舱顶风。电子控制器利用风向标来感知风向。这些设备发出的嗖嗖声平均达到45分贝。每台涡轮机的平均输出功率在500到1500千瓦之间。
涡轮机通常聚集在一起形成风电场或风电场。大多数都位于山脊或山谷,以利用强劲稳定的风。在欧洲,许多风力发电场位于离岸浅水地带。
风能被吹捧为一种清洁、可再生、免费的能源,不会产生任何二氧化碳或其他温室气体。随着最近技术的进步,风能与大多数传统能源竞争激烈。在美国,风力发电的成本已经从20世纪80年代中期的35美分每千瓦时下降到2001年的4美分每千瓦时。
去年风力发电产量跃升了31%,成为电力行业增长最快的部门。欧洲风能协会(比利时布鲁塞尔)声称,到2020年,单靠风力发电就有可能满足全球12%的电力需求。
德国在风力发电能力方面领先世界,其次是美国、西班牙和丹麦。德国拥有11000多台风力涡轮机,发电量达8000兆瓦。但是,世界上最大的风力发电场位于华盛顿和俄勒冈州的边界,发电量为300兆瓦。
地球政策研究所(华盛顿特区)所长莱斯特·布朗说:“尽管有了如此惊人的增长,地球风能资源的开发才刚刚开始。”“在美国,仅堪萨斯、北达科他州和德克萨斯州这三个州就有足够的可利用风能,足以满足全国的电力需求。”
美国风能协会(AWEA,位于华盛顿特区)预测,2003年将是美国风力发电创纪录的一年。AWEA执行董事兰德尔·斯威舍(Randall Swisher)声称:“到2003年,美国将新增超过2000兆瓦的风力发电能力。”
这种增长的部分原因是由于新的风力涡轮机技术,可以在低风条件下有效发电。例如,最近开发的一种制造工艺允许公司制造更轻、更强的刀片。
NEG Micon(兰德斯,丹麦)的研发经理Ole Gunneskov说:“当你为大型转子开发叶片时,叶片必须很薄,但仍然足够坚硬。”“这样,你可以降低重量,减少轮毂、主轴、齿轮和塔的负载。”
每个66英尺的旋翼叶片设计得像飞机的机翼。在过去,Gunneskov的公司使用木材作为叶片中最重要的承重元素,因为它具有天然的衰减效果。但它最近开始将木环氧树脂技术与碳纤维增强相结合。NEG Micon还推出了一种基于材料干敷的新生产方法。
Gunneskov解释说:“该技术可以更准确地将环氧树脂分布在模具中,以生产刀片,从而降低重量,使产品更加均匀。”“在这种生产方法中,环氧树脂是通过真空吸入模具的,这也具有环境优势,不暴露周围的环氧树脂。
Gunneskov称:“空气动力学设计、碳纤维和干层材料的结合意味着与玻璃增强聚酯制成的传统刀片相比,重量减少了约30%。”“与传统玻璃纤维刀片相比,我们的另一个优势是实现了更薄、更轻的刀片设计,减少了主要部件的负载,降低了成本。”