風電發電機組比我們想象得要大很多,但很多人可能不知道,那些真正巨大的風電機組通常出現在海上,而不是陸地上。目前全球最大的已並網風電發電機組是GWH252-16MW,它在海上——坐落在中國福建平潭海域,由中國三峽集團和金風科技聯合打造,2023年7月份的時候成功並網。
這臺風電機的單機容量達到16兆瓦,而現在陸地上最大的風電機,單機容量隻有10兆瓦左右。
之所以海上風電機更大,其實最主要的原因是物流。隨著發電功率的增加,風電機會變得越來越巨大,從而導致陸地上難以將葉片等部件運輸到指定地點。
由於海上運輸方便許多,所以有機會制造更大的風電機,但是海上風電機的安裝難度卻比陸地要困難許多。
不過,正因為海上更難,更大的風電機,所以真正考驗風電技術的地方還是在海上。
在GWH252-16MW並網發電之前,全球最大的風電機組是丹麥的維斯塔斯V236-15.0 MW,它的單機容量是15兆瓦,而在咱們GWH252-16MW投入使用的時候,美國則剛剛開始投入研發13兆瓦的海上風電項目。
圖:海上風電基礎設施-海底電纜的鋪設
可以說,GWH252-16MW的成功意味著中國在風力發電領域達到絕對領先的地位,真正的遙遙領先。
不過,中國發展風電受到許多質疑,在GWH252-16MW成功並網的時候,許多國外媒體也報道此事,當時很多國外網友表示它將會殺死很多鳥類,它會對海洋生態造成影響,以及制造它需要多少化石燃料,還有網友表示先抵抗一場臺風再說。
那麼,有趣的問題是,這臺全球最大的風力發電機投入使用9個月,到底有沒有出現這些問題呢?
最大風電機到底有多大?
對於GWH252-16MW而言,它的單支葉片長度就達到123米, 整個風輪直徑達到252米,掃風面積達到5萬平方米,這相當於7個足球場的面積。
隨著材料的升級,GWH252-16MW的葉片全部采用碳纖維材料,單個葉片重量隻有54噸,在它之前的風電機超過100米的葉片,基本重量會達到100噸前後。
另外,機箱的高度在152米前後,重量達到570噸,相當於10列復興號的重量。
值得一提的是,這座發電機組技術工藝上,咱們擁有100%的自主知識產權,而材料上也實現96%的國產化。
當然,這樣一個大傢夥發電量自然也是比想象得要多得多,它的葉片轉動一周就可以發電34.2度,這個電量差不多是一個普通傢庭的一周的用電需求。
據估計,它全年可以發電6600萬度的樣子,這個電量足夠一個10萬人的小鎮的全部用電需求。
咱們國傢是全球用電量最大的國傢,占到全球總用電量的三分之一左右,但是我們現在的主要發電形式是火力——燒煤發電,這占所有裝機容量的60%以上。
隨著用電需求的增加,如果我們繼續高度依賴火電,那麼對環境的危害會越來越大。
而風電是可再生的清潔能源,我們自然需要大力發展它,發展風電沒有任何問題。
其實,我們現在風電領域技術全球領先的一個原因就是我們用電需求大,我們必須要找到更清潔的可再生能源,不然就會很不可持續。
2023年7月份,央視《對話》欄目有一期就是講這個最大風電機組的,當時明陽智能的總裁張啟應也指出這一點,對清潔能源的迫切需求是我們造出大風機的原因之一。
那麼,這臺全球最大的風電機現在到底咋樣,它有沒有出現大傢擔憂的問題呢?
最大風電機現在咋樣?
首先,它當然沒有被臺風摧毀,甚至在一次臺風天氣中都創下風力發電機單日發電量的世界記錄。
在2007年的時候,咱們國傢的風電技術還相對落後——主要依賴德國的技術,當時咱們就想制造抗臺風的風電機,但是德國並沒有這樣的技術,當時的德國專傢表示,咱們國傢在10年內不能造出抗臺風。
然而,這一年(2007年)全球第一臺抗臺風發電機就被我們造出來。
其實,現在風力發電機能夠抗臺風的原因很簡單,因為它並不是一個簡單的發電設備,有人稱之為巨大的機器人。
每臺現代風電機上面都有1000多個傳感器,這些傳感器會感知風向、風速、濕度,甚至是海面的波浪,機箱和葉片會根據風速、風向來做出調整。
當風速超過風電機的運載能力時,它會調整到一個阻力最小的狀態(平時的話則是調整到阻力最大的狀態來讓風力帶動葉片轉),然後完全停止轉動,以此避免電機損毀。
在2023年9月1日,臺風“杜蘇芮”襲擊福建沿海,而這臺風電機乘著臺風天,當日發電量打破世界紀錄,達到38.41萬度。
圖:風電機超負荷運行損毀
GWH252-16MW的預設最大發電功率是16兆瓦,這意味著它24小時滿功率運行的話,發電量應該是38.4萬度,但是實際紀錄比這個值多發100度電,我沒有查到為什麼會這樣,但是在之後沒多久的12月21日,這臺風電機單日發電量再次打破世界紀錄(非臺風天)——達到38.72萬度。
估計風速沒有過分大的話,風電機並不會被鎖定運行,它會超負荷運行,從而發出更多的電。
最後,我們再來說說,風電機對生態是否真的影響很大吧。
其實,大傢最關心的對鳥類的影響是非常小的,這是有數據支持的,每年被風電機葉片打死的鳥類隻有不到被汽車撞死的千分之一。
很多人認為風電機葉片轉速很慢,覺得它不可能打到鳥類,這個想法是錯的。
風電機葉片的轉速慢就像我們覺得風電機本身並不大一樣,隻是視錯覺,它在做圓周運動,而且葉片本身很長,越靠近葉尖的地方,意味著它的線速度就越快。
GWH252-16MW的葉片在滿功率運行的時候,我們也不會覺得它轉動有多快,但是它的葉尖速度會超過350公裡每小時。
當然,沒有鳥類的飛行速度比這個更快,所以隻要鳥類進入一定范圍,它就無法逃脫,會被葉片高速打到。
但是,如你所見風電機是在非常空曠的地方運行的,它與鳥類相遇的可能性非常低,不僅如此,現在的風電機是有驅鳥設備的,它根本不會讓鳥類靠近。
另一方面,它對海洋生態的影響也非常小,甚至有研究指出,因為風電機在水下的部分形成人工魚礁效應,給海洋生物提供安全的棲息地,大大增加該海域的生物多樣性。
總得來說,風電機可以得到清潔的可再生能源,而對生態的影響並不大,當然,制造風電機需要化石燃料,但是考慮到它會在未來運行幾十年,這些碳投入是值得的。
另外,16兆瓦遠不是中國風電的極限,18兆瓦,20兆瓦,22兆瓦早已提上日程,或已經下線。