01風(fēng)力發(fā)電量怎么計(jì)算？

風(fēng)力發(fā)電是指通過風(fēng)輪轉(zhuǎn)動帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電的一種方式。早期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)多用于泵水、發(fā)電和驅(qū)動機(jī)器等方面。而現(xiàn)在，風(fēng)力發(fā)電已成為一種重要的可再生能源，被廣泛應(yīng)用于發(fā)電領(lǐng)域。

相信不少人都有過這樣的疑惑：風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)那么慢，一圈能發(fā)多少電？

（資料圖：東方風(fēng)電）

那么，首先要了解風(fēng)力發(fā)電機(jī)的構(gòu)成和原理。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)包括：葉片、輪轂、主軸、機(jī)架、控制器、齒輪箱、剎車裝置、發(fā)電機(jī)、冷卻系統(tǒng)、風(fēng)速儀、風(fēng)向標(biāo)、偏航系統(tǒng)等。

它的發(fā)電原理是機(jī)組利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉輪旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，發(fā)電機(jī)再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，然后電能通過集電線路輸送到風(fēng)電場升壓站，升壓后再輸送到電網(wǎng)，最后就可以變成千家萬戶使用的清潔風(fēng)電了。依據(jù)目前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)，大約是每秒三公尺的微風(fēng)速度（微風(fēng)的程度），便可以開始發(fā)電。

風(fēng)力發(fā)電轉(zhuǎn)一圈能夠發(fā)幾度電

風(fēng)力發(fā)電的發(fā)電量主要受到風(fēng)速和風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速影響。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，一般情況下，一臺2兆瓦的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)每年可發(fā)電500-800萬千瓦時(shí)的電能。具體而言，一臺大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所能發(fā)電的電量取決于多種因素，包括風(fēng)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、風(fēng)輪的尺寸和葉片的設(shè)計(jì)等。大致上，一臺2兆瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈可以發(fā)電約0.01度電。

需要注意的是，不同型號、不同尺寸和不同設(shè)計(jì)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其每次轉(zhuǎn)一圈所能夠發(fā)電的電量可能會有所不同，具體的電量需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算。

舉一個(gè)簡單的例子來說明轉(zhuǎn)一圈風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以發(fā)多少度電。

假設(shè)我們有一個(gè)直徑為30米的風(fēng)輪，高度為50米，轉(zhuǎn)速為15轉(zhuǎn)每分鐘。該風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定功率為1.5兆瓦，這意味著在風(fēng)速為10米每秒的情況下，它可以發(fā)電1.5兆瓦。

在這種情況下，該風(fēng)力發(fā)電機(jī)每秒可以轉(zhuǎn)0.25圈，即15÷60=0.25。那么，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈時(shí)，它就可以發(fā)電1.5兆瓦×60秒×0.25圈=22.5度電。這意味著當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)以15轉(zhuǎn)每分鐘的速度轉(zhuǎn)動時(shí)，轉(zhuǎn)一圈可以發(fā)22.5度電。

（資料圖：中船風(fēng)電）

當(dāng)然，這只是一個(gè)簡單的例子，實(shí)際情況可能會更加復(fù)雜。不同的風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、高度、形狀等因素都會對發(fā)電量產(chǎn)生影響。

我們可以通過以下步驟來計(jì)算風(fēng)力發(fā)電轉(zhuǎn)一圈可以發(fā)幾度電：

1. 計(jì)算風(fēng)能的公式為E=0.5ρAV?，其中E表示單位時(shí)間內(nèi)通過橫截面的能量，ρ表示空氣密度，A表示渦輪機(jī)葉片的面積，V表示風(fēng)速?？梢钥闯觯L(fēng)速對風(fēng)力發(fā)電的影響非常大。

2. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速是由風(fēng)速決定的，轉(zhuǎn)速越快，發(fā)電量也就越高。一般來說，渦輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)機(jī)組的裝機(jī)容量和葉片的材料、數(shù)量、長度等因素來確定的。

3. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出電壓一般是交流電，一般來說，輸出電壓的頻率是50Hz或60Hz，電壓的大小根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和電力系統(tǒng)的要求來確定。

4. 根據(jù)電能的公式E=P×t，其中E表示電能，P表示功率，t表示時(shí)間。我們可以得知，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率越大，發(fā)電量也就越高。

綜上所述，風(fēng)力發(fā)電轉(zhuǎn)一圈發(fā)幾度電是一個(gè)非常復(fù)雜的問題，取決于風(fēng)速、裝機(jī)容量、轉(zhuǎn)速、輸出電壓和功率等多個(gè)因素。一般來說，風(fēng)力發(fā)電轉(zhuǎn)一圈可以發(fā)幾度電的具體數(shù)值是需要根據(jù)不同機(jī)組的參數(shù)來計(jì)算的。

02影響風(fēng)力發(fā)電量的因素

“大風(fēng)車”轉(zhuǎn)一圈，最少能發(fā)大約1.5度電，最大可以達(dá)到幾百度電。風(fēng)力發(fā)電的發(fā)電量受到多種因素的影響，包括風(fēng)速、風(fēng)輪的葉片長度和數(shù)量、風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速等。

（資料圖：大唐西藏公司）

風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)一圈所需時(shí)間

風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速和風(fēng)的速度、風(fēng)輪的尺寸、葉片的數(shù)量和設(shè)計(jì)等因素都有關(guān)系。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前市面上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速一般在10-20轉(zhuǎn)/分鐘之間，其中大型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速約為15轉(zhuǎn)/分鐘。

因此，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所需的時(shí)間大約是：

60秒 ÷ 15轉(zhuǎn)/分鐘 = 4秒

一般來說，當(dāng)風(fēng)速較小時(shí)，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速也會較慢，發(fā)電量也會相應(yīng)減少；當(dāng)風(fēng)速較大時(shí)，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速也會增加，發(fā)電量也會相應(yīng)增加。

風(fēng)速、葉片轉(zhuǎn)速

根據(jù)能量守恒定律，的確風(fēng)速越大提供的電能就越多，但我們的風(fēng)能轉(zhuǎn)換器在風(fēng)速達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，會因?yàn)閺?qiáng)度過大而損壞，而且事實(shí)上，發(fā)電量不取決于葉片轉(zhuǎn)速。

當(dāng)葉片按照恒定的速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)艙里的變速箱，能帶動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)。這個(gè)變速箱是行星齒輪的結(jié)構(gòu)，行星齒輪就是一個(gè)大輪子帶動好幾個(gè)小輪子轉(zhuǎn)，大輪子轉(zhuǎn)一圈，小輪子就能轉(zhuǎn)好幾圈。

所以別看表面上風(fēng)車葉片轉(zhuǎn)的慢，其實(shí)只要調(diào)節(jié)變速箱的檔位，里面的小發(fā)電機(jī)就能轉(zhuǎn)冒煙。

而如果葉片超速旋轉(zhuǎn)的話，不僅里面的小轉(zhuǎn)子可能會轉(zhuǎn)壞掉，更嚴(yán)重的時(shí)候，整個(gè)發(fā)電機(jī)都會毀掉。這是因?yàn)楫?dāng)風(fēng)速超過風(fēng)機(jī)限定速度時(shí)，葉片的離心率也會大大增強(qiáng)，慣性趨勢會打破風(fēng)機(jī)自身的平衡，導(dǎo)致葉片崩解或折斷。因此，當(dāng)風(fēng)力太大時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)就需要停止工作。

葉片數(shù)量

那如何能提高風(fēng)機(jī)的發(fā)電量呢？有人會問做成4個(gè)葉片行不行？理論上是可以的，但是沒必要。做成4個(gè)葉片成本會大幅提高，而收益卻跟不上，很不劃算。

一般來說，無論是我們家里的電風(fēng)扇，還是風(fēng)機(jī)的風(fēng)車，3個(gè)葉片都會比4個(gè)葉片更有效率一些。因?yàn)?片葉子可以形成不對稱的力學(xué)動力，當(dāng)一片葉片不具備動力勢能時(shí)，其他的有動力勢能的兩片，可以輕松帶動這一片轉(zhuǎn)動，能節(jié)約不少能量。

葉片大小

其實(shí)，提升風(fēng)力發(fā)電發(fā)電量更好的方式就是把葉片做大。

風(fēng)力發(fā)電的原理主要是把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電。所以決定發(fā)電量大小的其實(shí)是葉片的長度和大小，葉片越大，受力面積就越大，轉(zhuǎn)化的機(jī)械能就越多，功率就越大，相應(yīng)發(fā)電量就越多。

目前2MW風(fēng)機(jī)的葉片長度范圍在48-59米，而5MW風(fēng)機(jī)的葉片長度能超過60米，這也就能解釋為什么你看到風(fēng)車轉(zhuǎn)得那么慢了，它的葉片更大，單機(jī)容量更高。

（資料圖：中國中車）

不同的風(fēng)向會影響風(fēng)力發(fā)電嗎？

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的頭部集成有傳感器和偏航系統(tǒng)，一旦風(fēng)向標(biāo)與風(fēng)速儀采集到風(fēng)向與風(fēng)速變化，偏航系統(tǒng)就會督促偏航電機(jī)調(diào)整機(jī)艙位置，使其平穩(wěn)地對準(zhǔn)風(fēng)向，最大效率利用風(fēng)能。

除此之外，一個(gè)風(fēng)機(jī)具體能發(fā)多少度電，是需要看它的單機(jī)容量的。

單機(jī)容量是什么意思呢？簡單來說，就是表示這個(gè)風(fēng)機(jī)一小時(shí)能發(fā)多少度電，比如單機(jī)容量1500千瓦，就是表示一小時(shí)能發(fā)1500度電。1500千瓦算是陸上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最低規(guī)格了，我們就以這個(gè)最小的風(fēng)車為例來計(jì)算。

當(dāng)風(fēng)速在3米每秒時(shí)，風(fēng)機(jī)葉片就可以轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)一圈大約要4秒左右，那么一小時(shí)就能轉(zhuǎn)900圈，則每轉(zhuǎn)動一圈的發(fā)電量為：1500÷900≈1.67度。不過這只是一個(gè)理論數(shù)值，實(shí)際要偏小一些，大約就是發(fā)1.5度。

一般來說，陸上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量較低，多為1500千瓦、2000千瓦、2500千瓦的規(guī)格；海上的單機(jī)容量較高，多為3000千瓦及以上。理論上單機(jī)容量越大，發(fā)的電就越多，當(dāng)然成本也就越高。

在實(shí)際應(yīng)用中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電量還受到地理位置、季節(jié)和天氣等因素的影響。比如，在山區(qū)或海岸地區(qū)的風(fēng)力資源較為豐富，而在城市或平原地區(qū)則風(fēng)力資源較為有限。同時(shí)，冬季和春季的風(fēng)速較高，因此發(fā)電量也相對較大。在天氣不好的情況下，如風(fēng)力較小或風(fēng)向不佳，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電量也會受到影響。

03 一座風(fēng)力發(fā)電機(jī)多久能回本？

風(fēng)力發(fā)電站的建造成本是非常高的，陸上風(fēng)電場工程造價(jià)主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：設(shè)備購置費(fèi)、安裝工程費(fèi)、建筑工程費(fèi)、其它費(fèi)用、基本預(yù)備費(fèi)、利息。各部分占總投資的比例不同，對總投資的影響也不盡相同。

目前我國風(fēng)力的指導(dǎo)價(jià)格，根據(jù)不同類型，陸上風(fēng)電分為0.29元，0.34元，0.38元和0.47元；海上風(fēng)電則是0.75元，這個(gè)價(jià)格明顯比2019年降了很多。按照這個(gè)電力價(jià)格計(jì)算，就算一個(gè)1.5MW風(fēng)力發(fā)電滿負(fù)荷運(yùn)行，也就是每小時(shí)產(chǎn)生1500度電，那么從理論上來說，陸上發(fā)電站每年能夠產(chǎn)生的收益大概在1314度電，對應(yīng)的營收大概在460萬左右。

以2MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)為例

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的成本構(gòu)成

1.設(shè)備成本：風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)備成本主要包括發(fā)電機(jī)本身、塔筒、葉片、控制系統(tǒng)、電纜以及其他附屬設(shè)備的費(fèi)用。一臺常見的2MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備成本約在2000萬元人民幣左右。

2.基礎(chǔ)建設(shè)成本：基礎(chǔ)建設(shè)成本包括土地征用費(fèi)、地基建設(shè)費(fèi)、道路建設(shè)費(fèi)、變電站建設(shè)費(fèi)等。這部分費(fèi)用因地理位置和建設(shè)難度而異，一般約占總成本的20%至30%。

3.安裝與調(diào)試成本：安裝與調(diào)試成本包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安裝、調(diào)試、并網(wǎng)以及初期運(yùn)行維護(hù)等費(fèi)用。這部分費(fèi)用通常占設(shè)備成本的10%至15%。

4.運(yùn)營成本：運(yùn)營成本包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)的日常運(yùn)行維護(hù)、人員工資、保險(xiǎn)費(fèi)用、稅費(fèi)等。這部分費(fèi)用隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行年限而逐漸增加。綜合以上各項(xiàng)成本，建設(shè)一座2MW的陸上風(fēng)力發(fā)電機(jī)總投資額約在3000萬元人民幣左右。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電效益主要取決于其額定功率和當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)速條件。

風(fēng)力發(fā)電站的效益

以2MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)為例，假設(shè)其年利用小時(shí)數(shù)為2000小時(shí)（即平均每天運(yùn)行約5.5小時(shí)），則一年的發(fā)電量約為400萬度。

為了更具體地了解風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電效益，我們可以進(jìn)一步計(jì)算其每天能發(fā)多少電以及多久能回本。

1.每天發(fā)電量：假設(shè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)每天運(yùn)行5.5小時(shí)，則每天的發(fā)電量約為2.2萬度。

2.回本時(shí)間：回本時(shí)間取決于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的總投資額和電價(jià)。以當(dāng)前中國平均電價(jià)0.5元/度計(jì)算，每年的發(fā)電收入約為200萬元。考慮到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)營成本和折舊費(fèi)用，假設(shè)每年凈利潤率為50%，則每年的凈利潤約為100萬元。

因此，回本時(shí)間約為30年。以上回本時(shí)間僅為理論計(jì)算值，實(shí)際回本時(shí)間可能因多種因素而有所不同。例如，風(fēng)速條件、設(shè)備可靠性、電價(jià)波動、政策變化等都可能對回本時(shí)間產(chǎn)生影響。

（資料圖：山西安裝集團(tuán)）

海上風(fēng)電工程造價(jià)

海上風(fēng)電項(xiàng)目投資成本地域性差異較大，主要由于每個(gè)海域的海床、地址、水文條件不同。江蘇省是我國海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)起步最早、產(chǎn)業(yè)鏈相對較為完善的地區(qū)，其海上風(fēng)電項(xiàng)目的單位建設(shè)投資約為10000-12000元/kW，而廣東省和福建省2個(gè)地區(qū)的海上風(fēng)電項(xiàng)目的單位建設(shè)投資約在12000元～14000元/kW。

常規(guī)海上風(fēng)電項(xiàng)目投資成本按照實(shí)體模塊可以拆分成風(fēng)電機(jī)組設(shè)備（含塔筒）、基礎(chǔ)及施工、場內(nèi)海纜、送出海纜、海上升壓站、陸上集控中心、用海用地費(fèi)用、輔助及其他（不含利息）。海上風(fēng)電項(xiàng)目風(fēng)機(jī)價(jià)格一般占風(fēng)電場投資成本的34%-40%之間，隨著離岸距離的上升，風(fēng)機(jī)成本占比下降，基礎(chǔ)及施工成本、海纜成本占比上升。

這些費(fèi)用只是一個(gè)大概的費(fèi)用，不同地區(qū)建設(shè)風(fēng)力發(fā)電站，因?yàn)榄h(huán)境不同，遠(yuǎn)近不同，所以不同的項(xiàng)目建設(shè)成本是不一樣的，但總體來說建一個(gè)風(fēng)力發(fā)電站，每千瓦的建造成本大概在9000塊錢到11,000塊錢之間。這樣算下來，1.5MW風(fēng)力電站單個(gè)建造成本大概在1,350萬到1,700萬之間，個(gè)別偏遠(yuǎn)地區(qū)有可能達(dá)到2,000萬以上。

（資料圖：山西安裝集團(tuán)）

按照風(fēng)力發(fā)電電站的建設(shè)成本以及對應(yīng)的營收來看，一個(gè)風(fēng)力發(fā)電站，如果沒有任何補(bǔ)貼，至少需要13年到15年之間才能夠回本，如果考慮后期的維護(hù)成本，甚至有可能需要15年以上。

當(dāng)然，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也在不斷發(fā)展創(chuàng)新，例如在風(fēng)輪設(shè)計(jì)上采用了更加科學(xué)的氣動學(xué)原理，以提高風(fēng)能的利用率；在控制系統(tǒng)上采用了智能化技術(shù)，使得風(fēng)力發(fā)電可以更加精確地進(jìn)行風(fēng)向風(fēng)速控制，從而最大限度地發(fā)揮風(fēng)能的利用效益。還有一些新型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，如振動風(fēng)力發(fā)電、噴氣風(fēng)力發(fā)電等，也在逐步得到應(yīng)用和推廣。

來源綜合自：風(fēng)電之窗、科普貴州、 來福LifeSchool、數(shù)字化轉(zhuǎn)型室、金烏新能