建一个风力发电站需要多少钱?为什么风能产生的电是“垃圾电”?

2021-03-17  苏澈的自留地 
目前全球可利用风能为2×10^7MW,是地球水能(可开发利用)总量的10倍,虽然我国的风能发电事业起步较晚,但在短短几十年后,我国已经超越美国,成为全球第一的“风电大国”。
 
不仅如此,我国还建造了全球第一个10兆瓦级别的风电场,是美国最大的风力发电厂的整整12倍。
 
下面就一起来看看,我国大力发展的“风电”,它的原理是什么?建造一个风力发电站到底需要多少钱?为什么有人说风能产生的电是“垃圾电”?
 
风力发电站是如何将风能转化为电能的?
 
在我们印象中,风力发电是“风”带动“叶片”旋转,叶片在旋转过程中会通过增速机来提速,最后通过驱动机发电。
 
 
早期风能发电确实是这么个原理,但发电效率很低,如今发电机经过改良后,它采用的是“压差升力法”,再配合直驱永磁技术,发电效率大大提升。
 
现在叶片采用的是“不对称横截面技术”,当风吹过叶片时,叶片上方风速较大,下方风速较小,如此一来就会形成压差,这股压差会“拖”这叶片向上旋转,最后风轮不断旋转,此法效率更高。
 
 
再考虑到风的复杂性,比如风速时大时小,风时有时无,所以先进的发电站还会配备测风系统,通过风向标、风速仪来主动“寻风”,通过旋转机头去“迎风”。
 
最后在强大的直驱永磁发电技术下,叶片旋转后产生的电能,能最大限度被储存起来,即浪费的较少。
 
 
但风能产生的电不能直接用,否则很容易损坏电器,发生火灾也是常有的事,所以风能产生的电,也被称为垃圾电,这个后面会细说,下面就斗胆探讨下建造一个发电站的费用。
 
建造一个风力发电站到底需要多少钱?
 
风力发电站的建造费用主要包含叶片、发电机、基座、其他。
 
 
1.叶片
 
随着时代的发展,叶片从木质发展到了玻璃钢,如今随着碳纤维和环氧树脂复合材料技术的突破,叶片的材质基本上都是碳纤维复合材料(CFRP)。
 
这种材料一旦定型就会进入不可逆阶段,而且为了兼顾发电机的效率及安全性,叶片内部都会嵌入传感器,一方面是系统可以及时调整迎风面,另一方面则是如果叶片出现断裂,舵机可以及时进行调整。
 
 
1.5MW风机:叶片长度约40米,重量约7吨。2MW风机:叶片长度约:53米,重量约12吨。3MW风机:叶片长度约:53米,重量约12吨。5MW风机及以上:叶片长度约69米,重量约18吨。
 
 
一般现在的发电机,它的叶片数量是3个,之所以不是4、5、6个,这是因为叶片旋转起来有离心力,从以上数据可看出,如此重的叶片在旋转过程中的离心力同样十分巨大,考虑到安全性,最终技术部门将风力发电机的叶片数量设定在3个(大多数情况)。
 
考虑到叶片的材料、长度、重量,目前市场上的单价在100~200万之间,在这里取中间值150万,3枚叶片就是450万。
 
 
2.发电机
 
目前2MW发电机的单价在700~800万,像好一点的大厂发电机在1000万左右,进口的就更贵了,在此就设定为850万吧。
 
 
3.塔基
 
塔基跟风力发电机不是一家的,施工团队需要进行打桩、焊接、组装等一系列操作,再加上一个2MW风机的塔基高度需要达到90米左右,所以这项工程周期大约在4~5个月左右,整体重量在250吨以上,预估塔基的造价费用在250万左右。
 
 
4.其他费用
 
除了发电机、叶片、塔基之外,要建造一个完整的风力发电站,还需要很多繁冗复杂的步骤要处理,比如机组变压器安装、配电设备工程、外送线路建设、接地工程等等。
 
这部分费用全部加起来估计在350万左右。
 
那么一个完整的风力发电站,它的建造费用就是1900万。
 
450(叶片)+850(发电机)+250(塔基)+350(其他)=1900 单位:万
 
 
一台2MW的风力发电机,每年能产生多少收益?
 
在风力充足的情况下,风车转动一整圈的时间大概为3.5秒,可产生2度电。
 
因为风力并不是24h都存在,假设一台风力发电机每年运作的时间为2500小时,那么它一整年可产生514万度电。
 
2500(小时)x60(分)x60(秒)÷3.5(周期)x2(一圈2度电)=514万
 
如果一度电按照0.4元的回收价来算,发电机一年可盈利205.6万人民币,考虑到发电机的每年维护费用,偶尔的维修费用,这笔费用跟建设补贴相互抵消,所以一台风力发电机需要9~10年才能回本。
 
 
延伸阅读:风力发电的弊端
 
1.垃圾电
 
风忽大忽小,时有时无,所以风能产生的电同样时大时小,也就是说这个电不稳定,而我们人类社会用的电,都需要“稳定”的特性,所以风力产生的电不能直接应用,也被称为“垃圾电”。
 
这些电需要通过变压、储存才能被广泛应用,然而储存环节又十分复杂,投入的人力物力财力甚至不比发电机的建造费用低,所以这方面存在一定缺陷。
 
 
2.影响生态
 
电场会吸引大量昆虫,每年都有鸟类因捕食被发电机的叶片所伤,而且,发电机在一定程度上也会影响蜜蜂传粉,从而降低农作物的产量。
 
此外,发电机会截留部分风能,导致很多地方的风会减少一部分,从而会引发一系列蝴蝶效应,比如部分区域动植物生产季节被延长,部分区域降水量减少等等。
 
 
结语
 
开头就说过,风能是地球水能(可开发利用)总量的10倍,但风能发电的难点就在于“存储”环节,有效的解决办法就是建立一个超大型蓄电站。
 
虽然风力发电有些不足之处,但相比于其他传统发电模式,风力发电的“近乎0污染”绝对是一大亮点,而且风能几乎取之不尽用之不竭,在核电、光电等新能源技术还没有被彻底攻克之前,大力推广风能发电,仍然是一种极为不错的选择。
 
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