海面上的大風車

文/王赫

你一定見過大風車，但你知道除了陸地上，海面上也有人造的大風車嗎？你知道這些大風車的用途嗎？看過下面兩件展品，你就會明白了。

風車變風機

在中國科學技術館的展廳里，有兩個展項“發電樂園”和“風電安家”，展示的是海上大風車的模型。沒錯，海面上的大風車就是用來發電的！

大家在“發電樂園”中的風力發電區域，可以通過推動推桿調節風速，觀察風能轉化成電能的過程。

在“風電安家”這一展項中，大家可以把小風車插入高山、平原和海洋等不同的地形中，從而搞清楚到底哪里更適合風力發電。

中國科學技術館“發電樂園”展項的“風力發電”區域

說起海上風力發電，就不得不從人人都熟悉的風車說起了。在宋朝時，我國就出現了提水灌溉農田的風車。12 世紀前后，歐洲出現了大型的塔式風車。到了16 世紀，這種大型風車在荷蘭被大量應用于磨坊，還用于低地的排水工程，徹底改變了荷蘭的地貌。全世界不同地方風車的出現，標志著人類在利用風能方面漸漸走向成熟。

13 世紀東亞地區的風車

但風力時強時弱，很難被直接有效利用。后來，人類發現了電能，掌握了控制電能的方法，并且試著將風能等天然能源轉化為電能，也就是利用風力發電。19 世紀末，科學家們開始嘗試研制風力發電機（簡稱風機），雖然進展十分緩慢，但那時已經出現了像風車一樣的風機。20 世紀30 年代和90 年代，風機的發展經歷了兩次熱潮。到2006 年，《中華人民共和國可再生能源法》實施之后，我國的風電產業開始迅速發展。

如今，風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視，據估算，全球的風能比地球上可開發利用的水能的總量還要大10 倍，尤其是海上風力發電，在其中占據了重要地位。

海上大風車的天然優勢

在陸地上，風機一般都建造在遠離人群的地方，如草原、山頂。幾十米高的風機上，三片“葉子”在風的推動下源源不斷地輸出電能。但是，這些陸地上的風電項目也存在著不足，比如選址困難、占地面積過大、會產生噪聲污染等。

而在空曠的海面上，則不存在這樣的問題，幾乎時時刻刻都存在的海風有利于將風能高效轉化為電能。在海上建造風機有著顯而易見的優勢喲！

海上風力發電，最大的優勢莫過于海風。風機發電量和運行效率的大小，取決于風的大小。在陸地上，地勢的高低極大地影響著風速，一般情況下，地勢越低風速就越小。因此，在陸地上，風機大多立在高高的山頂，以便利用高空比較大的風速。問題是，陸地上不同高度的風速相差太大了，很容易出現風機葉片震動、疲勞甚至斷裂的情況，進而導致傳動系統損壞。這時候，在海上建風機的優勢就十分明顯啦。海面是平的，風在這里基本沒有阻力，平均風速高，風向改變的頻率也較低，所以海上的風較為平穩，轉化為電能時，輸出也更穩定。

另外，在海上發電，風機利用率更高。科學家研究發現，風速越大，風機的發電功率也越大。海上的風速比陸地的風速高20%，同等發電量的風機，海上的年發電量能比陸地上的高不少呢。

海上發電還有一個優勢，就是海上風機的單機容量（可以簡單理解為單機發電量）更大。這是很有意思的一點，我們很容易就能從風機葉片的大小看出來。海上風機的葉片長度一般都在100 米左右，而陸地上風機的葉片平均只有80 米長。風機的葉片越大，掃風面積和利用風的能量就越多，也意味著單機的發電量越大。陸地上的葉片為什么短呢？原因很簡單，因為長度超過100 米的葉片在陸地上很難運輸呀！

海上發電也有環保方面的優勢，那就是海上風機不占地、不擾民。陸地上建造風電項目，對選址的要求很苛刻，耕地、林地等都不能建。隨著陸上風電的發展，陸地上風資源好的地方越來越少。而風機噪聲對居民和動物的影響也比較大，這些都是陸上風電項目受限的因素。而海上風機就不存在這些問題，我國是海洋大國，大陸海岸線長度超過1.8 萬公里，居世界第四位，有著大面積的海域可供發展風力發電。

海上風力發電最關鍵的優勢還在于距離用電量巨大的地區較近。我國東部沿海尤其是東南沿海地區城市集中，經濟發達，用電需求極大。我國遼闊的大西北建有大量風電場，但是，這些電要通過長長的輸電線路送往東南沿海，也就是西電東送，成本極大。而海上風電場基本都建在沿海離岸幾十至一兩百公里處，距離用電量巨大的地區較近，并且常年有風，所以很適合密集用電地區的需求。

我國現在已經成為海上風力發電的大國，二十多年來，科學家們陸續攻克了海上風電的許多技術難題，比如設備的設計研發、安裝施工，電能傳輸及電網建設維護、地質環境對施工的影響等。相信在參觀完中國科學技術館的相關展覽后，大家對海上風電的理解和認識會更加深刻，讓我們共同期待海上的大風車越來越多吧！