01風力發(fā)電量怎么計算？

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

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

（資料圖：東方風電）

那么，首先要了解風力發(fā)電機的構(gòu)成和原理。

風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)包括：葉片、輪轂、主軸、機架、控制器、齒輪箱、剎車裝置、發(fā)電機、冷卻系統(tǒng)、風速儀、風向標、偏航系統(tǒng)等。

它的發(fā)電原理是機組利用風力帶動風車葉輪旋轉(zhuǎn)，將風能轉(zhuǎn)化為機械能，發(fā)電機再將機械能轉(zhuǎn)化為電能，然后電能通過集電線路輸送到風電場升壓站，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電了。依據(jù)目前的風力發(fā)電機技術(shù)，大約是每秒三公尺的微風速度（微風的程度），便可以開始發(fā)電。

風力發(fā)電轉(zhuǎn)一圈能夠發(fā)幾度電

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

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

需要注意的是，不同型號、不同尺寸和不同設計的風力發(fā)電機，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)實際情況進行計算。

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

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

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

（資料圖：中船風電）

當然，這只是一個簡單的例子，實際情況可能會更加復雜。不同的風力發(fā)電機轉(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算風力發(fā)電轉(zhuǎn)一圈可以發(fā)幾度電：

1. 計算風能的公式為E=0.5ρAV?，其中E表示單位時間內(nèi)通過橫截面的能量，ρ表示空氣密度，A表示渦輪機葉片的面積，V表示風速。可以看出，風速對風力發(fā)電的影響非常大。

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

3. 風力發(fā)電機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)國家標準和電力系統(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表示時間。我們可以得知，風力發(fā)電機組的輸出功率越大，發(fā)電量也就越高。

綜上所述，風力發(fā)電轉(zhuǎn)一圈發(fā)幾度電是一個非常復雜的問題，取決于風速、裝機容量、轉(zhuǎn)速、輸出電壓和功率等多個因素。一般來說，風力發(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)不同機組的參數(shù)來計算的。

02影響風力發(fā)電量的因素

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

（資料圖：大唐西藏公司）

風輪轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)一圈所需時間

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

因此，大型風力發(fā)電機轉(zhuǎn)一圈所需的時間大約是：

60秒 ÷ 15轉(zhuǎn)/分鐘 = 4秒

一般來說，當風速較小時，風輪的轉(zhuǎn)速也會較慢，發(fā)電量也會相應減少；當風速較大時，風輪的轉(zhuǎn)速也會增加，發(fā)電量也會相應增加。

風速、葉片轉(zhuǎn)速

根據(jù)能量守恒定律，的確風速越大提供的電能就越多，但我們的風能轉(zhuǎn)換器在風速達到一定數(shù)值時，會因為強度過大而損壞，而且事實上，發(fā)電量不取決于葉片轉(zhuǎn)速。

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

所以別看表面上風車葉片轉(zhuǎn)的慢，其實只要調(diào)節(jié)變速箱的檔位，里面的小發(fā)電機就能轉(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，更嚴重的時候，整個發(fā)電機都會毀掉。這是因為當風速超過風機限定速度時，葉片的離心率也會大大增強，慣性趨勢會打破風機自身的平衡，導致葉片崩解或折斷。因此，當風力太大時，風力發(fā)電機就需要停止工作。

葉片數(shù)量

那如何能提高風機的發(fā)電量呢？有人會問做成4個葉片行不行？理論上是可以的，但是沒必要。做成4個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扇，還是風機的風車，3個葉片都會比4個葉片更有效率一些。因為3片葉子可以形成不對稱的力學動力，當一片葉片不具備動力勢能時，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，提升風力發(fā)電發(fā)電量更好的方式就是把葉片做大。

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

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

（資料圖：中國中車）

不同的風向會影響風力發(fā)電嗎？

風力發(fā)電機的頭部集成有傳感器和偏航系統(tǒng)，一旦風向標與風速儀采集到風向與風速變化，偏航系統(tǒng)就會督促偏航電機調(diào)整機艙位置，使其平穩(wěn)地對準風向，最大效率利用風能。

除此之外，一個風機具體能發(fā)多少度電，是需要看它的單機容量的。

單機容量是什么意思呢？簡單來說，就是表示這個風機一小時能發(fā)多少度電，比如單機容量1500千瓦，就是表示一小時能發(fā)1500度電。1500千瓦算是陸上風力發(fā)電機的最低規(guī)格了，我們就以這個最小的風車為例來計算。

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

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

在實際應用中，風力發(fā)電機的發(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)的風力資源較為豐富，而在城市或平原地區(qū)則風力資源較為有限。同時，冬季和春季的風速較高，因此發(fā)電量也相對較大。在天氣不好的情況下，如風力較小或風向不佳，風力發(fā)電機的發(fā)電量也會受到影響。

03 一座風力發(fā)電機多久能回本？

風力發(fā)電站的建造成本是非常高的，陸上風電場工程造價主要由以下幾個部分構(gòu)成：設備購置費、安裝工程費、建筑工程費、其它費用、基本預備費、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。

目前我國風力的指導價格，根據(jù)不同類型，陸上風電分為0.29元，0.34元，0.38元和0.47元；海上風電則是0.75元，這個價格明顯比2019年降了很多。按照這個電力價格計算，就算一個1.5MW風力發(fā)電滿負荷運行，也就是每小時產(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，對應的營收大概在460萬左右。

以2MW風力發(fā)電機為例

風力發(fā)電機的成本構(gòu)成

1.設備成本：風力發(fā)電機的設備成本主要包括發(fā)電機本身、塔筒、葉片、控制系統(tǒng)、電纜以及其他附屬設備的費用。一臺常見的2MW風力發(fā)電機設備成本約在2000萬元人民幣左右。

2.基礎建設成本：基礎建設成本包括土地征用費、地基建設費、道路建設費、變電站建設費等。這部分費用因地理位置和建設難度而異，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)試成本包括風力發(fā)電機的安裝、調(diào)試、并網(wǎng)以及初期運行維護等費用。這部分費用通常占設備成本的10%至15%。

4.運營成本：運營成本包括風力發(fā)電機的日常運行維護、人員工資、保險費用、稅費等。這部分費用隨著風力發(fā)電機的運行年限而逐漸增加。綜合以上各項成本，建設一座2MW的陸上風力發(fā)電機總投資額約在3000萬元人民幣左右。

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

風力發(fā)電站的效益

以2MW風力發(fā)電機為例，假設其年利用小時數(shù)為2000小時（即平均每天運行約5.5小時），則一年的發(fā)電量約為400萬度。

為了更具體地了解風力發(fā)電機的發(fā)電效益，我們可以進一步計算其每天能發(fā)多少電以及多久能回本。

1.每天發(fā)電量：假設風力發(fā)電機每天運行5.5小時，則每天的發(fā)電量約為2.2萬度。

2.回本時間：回本時間取決于風力發(fā)電機的總投資額和電價。以當前中國平均電價0.5元/度計算，每年的發(fā)電收入約為200萬元?？紤]到風力發(fā)電機的運營成本和折舊費用，假設每年凈利潤率為50%，則每年的凈利潤約為100萬元。

因此，回本時間約為30年。以上回本時間僅為理論計算值，實際回本時間可能因多種因素而有所不同。例如，風速條件、設備可靠性、電價波動、政策變化等都可能對回本時間產(chǎn)生影響。

（資料圖：山西安裝集團）

海上風電工程造價

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

常規(guī)海上風電項目投資成本按照實體模塊可以拆分成風電機組設備（含塔筒）、基礎及施工、場內(nèi)海纜、送出海纜、海上升壓站、陸上集控中心、用海用地費用、輔助及其他（不含利息）。海上風電項目風機價格一般占風電場投資成本的34%-40%之間，隨著離岸距離的上升，風機成本占比下降，基礎及施工成本、海纜成本占比上升。

這些費用只是一個大概的費用，不同地區(qū)建設風力發(fā)電站，因為環(huán)境不同，遠近不同，所以不同的項目建設成本是不一樣的，但總體來說建一個風力發(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風力電站單個建造成本大概在1,350萬到1,700萬之間，個別偏遠地區(qū)有可能達到2,000萬以上。

（資料圖：山西安裝集團）

按照風力發(fā)電電站的建設成本以及對應的營收來看，一個風力發(fā)電站，如果沒有任何補貼，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成本，甚至有可能需要15年以上。

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

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