风能：陆上风电场如何运作？

风能是利用风力发电，但你知道这个过程背后的原理以及陆上风电场是如何运作的吗？

我们很多人都见过这种被我们误称为“风车”的风力机器，无论是在周围环境中，还是在充满未知视野的漫长驾车旅途中，亦或是在屏幕上。风力涡轮机，正是那些将风神埃俄罗斯的设计改造为风力涡轮机的人们所采用的名称。取之不尽的可再生能源渠道，供我们利用实际上，它们被称为风力发电场，是技术先进的设备，在美学上与历史上遍布许多国家乡村的磨坊（主要用于利用风力机械作用磨碎谷物）有很多相似之处。然而，风力发电场在能量收集和电能转换方面，以及许多其他方面（我们将在后面详细介绍），都与磨坊截然不同。那么，让我们来看看陆上风力发电场是如何运作的，以及哪些参与者在为这种绿色能源提供支持。要理解这种能源的运作方式，首先要明白的是，风力涡轮机并非独立存在，而是更大、更复杂的整体——风力发电场的一部分。小型用户当然也会使用独立的风力涡轮机，但这又是另一个话题了。风力涡轮机通过电气连接以及信息收发的方式，与其他风力涡轮机以及构成风力发电场的各种设备相连。因此，得益于各元件的传感器化和互联互通，风电场运营公司始终能够实时掌握每台风力发电机的状态：机械故障、发电量、电子故障、技术停机……正因如此，陆上风电场由以下元件组成，以确保整个系统正常运行：

• 风力涡轮机：它利用风力作用于叶片的物理效应来发电，叶片通过轮毂与转子相连。每台风力涡轮机的功率根据其尺寸不同，从 0.5 兆瓦到 7 兆瓦不等。由于……，产生的能量以中压输出。变压器和中压开关设备大多数情况下安装在风力涡轮机内部，特殊情况下安装在风力涡轮机底部。
• 中压电网：这是风力发电场的动脉，电力通过这些电网输送到各个用电单位。
• 变电站或连接点：该元件负责将发电电压提升至输电电压，并将产生的能量输送到输电或配电网。
• 输电线路或配电线路：它们凭借其独特的铁塔而成为人们非常熟悉的交通工具，负责将绿色能源输送到我们的家中。

这样，一旦风力涡轮机开始运转，其旋转运动便会带动安装在机舱内的发电机将机械能转化为电能，从而产生电能。随后，变压器会将电压升高以避免电力损耗，并将电能输送到中压电网。在中压电网中，电能与其他风力涡轮机产生的能量一起，通过地下电缆（在一些国家，例如美国或巴西，则采用架空线路）传输。此时，电能到达变电站，被升压至高压，然后通过架设在输电塔上的高压和中压输电线路输送到最终用户。

风力涡轮机由哪些部件组成？

既然我们已经了解了陆上风电场的基本运作原理，现在就该将目光聚焦到风力涡轮机这个独立部件上，因为它的运行从根本上解释了风能如何先转化为机械能，再转化为电能。为此，我们首先来看看构成这些现代版“堂吉诃德”的各个部件。

1. 叶片：这些是风机中最显眼的部件，它们收集风能并将其转化为驱动转子的机械能。叶片的尺寸非常巨大，直径根据型号不同，从 40 米到 165 米不等。
2. 转子：该元件类似于螺旋桨飞机的转子，由轮毂构成，轮毂是叶片的连接点，将叶片连接成一组部件，使风的运动能够传递到机舱内部。
3. 发动机短舱：它远非飞机驾驶舱的外壳，而是一个封闭的部件，其中包含将旋转的机械能转化为电能所必需的复杂元件。
   1. 倍增器：这是负责在机器内部产生速度变化，从而将机械能传递给发电机的主要元件。
   2. 发电机：它负责将风的动能转化为电能。

   塔：除了作为一个简单的巨型杆子，用来架设叶片和机舱结构外，这个大型圆柱体还包含正确分配电力的基本元件：

   1. 线路：这是在塔内运行的线路，用于将新产生的电能输送到内部元件。
   2. 变压器：该元件可以位于塔内或塔外，其作用是将电力提升至中压，以避免损耗。
   3. 中压开关设备：这是一种类似于家用开关的关键元件；它是一种机械开关装置（开合），能够在正常情况和特定异常情况下输送或中断产生的电流。其基本功能是保护变压器免受潜在故障的影响。
4. 基础：这是支撑整个风力涡轮机重量并将其固定在地面上的部件。
5. 中压电网：贯穿整个装置的动脉，使产生的可再生能源能够输送出去。