海面上的大风车

文/王赫

你一定见过大风车，但你知道除了陆地上，海面上也有人造的大风车吗？你知道这些大风车的用途吗？看过下面两件展品，你就会明白了。

风车变风机

在中国科学技术馆的展厅里，有两个展项“发电乐园”和“风电安家”，展示的是海上大风车的模型。没错，海面上的大风车就是用来发电的！

大家在“发电乐园”中的风力发电区域，可以通过推动推杆调节风速，观察风能转化成电能的过程。

在“风电安家”这一展项中，大家可以把小风车插入高山、平原和海洋等不同的地形中，从而搞清楚到底哪里更适合风力发电。

中国科学技术馆“发电乐园”展项的“风力发电”区域

说起海上风力发电，就不得不从人人都熟悉的风车说起了。在宋朝时，我国就出现了提水灌溉农田的风车。12 世纪前后，欧洲出现了大型的塔式风车。到了16 世纪，这种大型风车在荷兰被大量应用于磨坊，还用于低地的排水工程，彻底改变了荷兰的地貌。全世界不同地方风车的出现，标志着人类在利用风能方面渐渐走向成熟。

13 世纪东亚地区的风车

但风力时强时弱，很难被直接有效利用。后来，人类发现了电能，掌握了控制电能的方法，并且试着将风能等天然能源转化为电能，也就是利用风力发电。19 世纪末，科学家们开始尝试研制风力发电机（简称风机），虽然进展十分缓慢，但那时已经出现了像风车一样的风机。20 世纪30 年代和90 年代，风机的发展经历了两次热潮。到2006 年，《中华人民共和国可再生能源法》实施之后，我国的风电产业开始迅速发展。

如今，风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，据估算，全球的风能比地球上可开发利用的水能的总量还要大10 倍，尤其是海上风力发电，在其中占据了重要地位。

海上大风车的天然优势

在陆地上，风机一般都建造在远离人群的地方，如草原、山顶。几十米高的风机上，三片“叶子”在风的推动下源源不断地输出电能。但是，这些陆地上的风电项目也存在着不足，比如选址困难、占地面积过大、会产生噪声污染等。

而在空旷的海面上，则不存在这样的问题，几乎时时刻刻都存在的海风有利于将风能高效转化为电能。在海上建造风机有着显而易见的优势哟！

海上风力发电，最大的优势莫过于海风。风机发电量和运行效率的大小，取决于风的大小。在陆地上，地势的高低极大地影响着风速，一般情况下，地势越低风速就越小。因此，在陆地上，风机大多立在高高的山顶，以便利用高空比较大的风速。问题是，陆地上不同高度的风速相差太大了，很容易出现风机叶片震动、疲劳甚至断裂的情况，进而导致传动系统损坏。这时候，在海上建风机的优势就十分明显啦。海面是平的，风在这里基本没有阻力，平均风速高，风向改变的频率也较低，所以海上的风较为平稳，转化为电能时，输出也更稳定。

另外，在海上发电，风机利用率更高。科学家研究发现，风速越大，风机的发电功率也越大。海上的风速比陆地的风速高20%，同等发电量的风机，海上的年发电量能比陆地上的高不少呢。

海上发电还有一个优势，就是海上风机的单机容量（可以简单理解为单机发电量）更大。这是很有意思的一点，我们很容易就能从风机叶片的大小看出来。海上风机的叶片长度一般都在100 米左右，而陆地上风机的叶片平均只有80 米长。风机的叶片越大，扫风面积和利用风的能量就越多，也意味着单机的发电量越大。陆地上的叶片为什么短呢？原因很简单，因为长度超过100 米的叶片在陆地上很难运输呀！

海上发电也有环保方面的优势，那就是海上风机不占地、不扰民。陆地上建造风电项目，对选址的要求很苛刻，耕地、林地等都不能建。随着陆上风电的发展，陆地上风资源好的地方越来越少。而风机噪声对居民和动物的影响也比较大，这些都是陆上风电项目受限的因素。而海上风机就不存在这些问题，我国是海洋大国，大陆海岸线长度超过1.8 万公里，居世界第四位，有着大面积的海域可供发展风力发电。

海上风力发电最关键的优势还在于距离用电量巨大的地区较近。我国东部沿海尤其是东南沿海地区城市集中，经济发达，用电需求极大。我国辽阔的大西北建有大量风电场，但是，这些电要通过长长的输电线路送往东南沿海，也就是西电东送，成本极大。而海上风电场基本都建在沿海离岸几十至一两百公里处，距离用电量巨大的地区较近，并且常年有风，所以很适合密集用电地区的需求。

我国现在已经成为海上风力发电的大国，二十多年来，科学家们陆续攻克了海上风电的许多技术难题，比如设备的设计研发、安装施工，电能传输及电网建设维护、地质环境对施工的影响等。相信在参观完中国科学技术馆的相关展览后，大家对海上风电的理解和认识会更加深刻，让我们共同期待海上的大风车越来越多吧！