風(fēng)力發(fā)電廠真能滿足能源需求嗎？

1978年10月，我的父親曾經(jīng)帶我去了伊利諾伊州西塞羅市霍桑工廠的西部電氣公司(WesternElectric)參加開放參觀活動(dòng)?；羯９S是全球科技、電子和電信領(lǐng)域的頂級(jí)設(shè)計(jì)、開發(fā)和制造工廠。該工廠以其整體垂直整合管理而聞名。

霍桑工廠有自己的鐵路貨場(chǎng)、酒店、醫(yī)院、警察部門、選美比賽、消防部門、體育館、樂隊(duì)、代工廠、模具廠、造紙廠、印刷機(jī)和發(fā)電廠(有足夠的余量，可將電力銷售給公用事業(yè)公司)(圖1)。該工廠引進(jìn)的是原材料，產(chǎn)出的是可提供90年不受限質(zhì)量保證的開關(guān)設(shè)備和電話，我當(dāng)時(shí)參觀時(shí)全球銅絲使用量的三分之二也來自這家工廠。

這是一個(gè)相當(dāng)了不得的陳述。我們看到的也是蔚為壯觀的場(chǎng)景。那次活動(dòng)的主題是“霍桑西部電氣：它的生活和人民?！碑?dāng)時(shí)我還是一個(gè)小孩子，我記得走在大廳里，一邊聽著樂隊(duì)演奏的音樂，一邊觀看已使用10年的五軸CNC機(jī)床生產(chǎn)裸片和復(fù)雜部件的情景——時(shí)間是在1978年。

我記得觀看巨大的同軸電纜卷軸盤把不久之前還是銅礦和石油污泥的電纜繞在卷軸上的情境，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分析儀與旋轉(zhuǎn)的足金連接器上的集線器相連，用來跟蹤纏繞電纜時(shí)產(chǎn)生的阻抗和回波損耗，并校正幾何形狀。正是這次參觀給我?guī)砹撕眠\(yùn)。我發(fā)現(xiàn)了我的使命。那就是電子學(xué)——電力電子技術(shù)，讓這一切神奇運(yùn)行的東西。

遺憾的是，霍桑西部電氣現(xiàn)在已經(jīng)不存在了。當(dāng)法官Harold H.Green在上世紀(jì)80年代初一錘定音，因壟斷而終結(jié)了“貝爾系統(tǒng)”的時(shí)候，它就已經(jīng)全部解散了。如今，霍桑工廠已經(jīng)變成了一個(gè)購物中心，這簡直糟糕透頂。絕大多數(shù)當(dāng)年備受關(guān)注的建筑物都已經(jīng)被拆毀了。

而對(duì)于霍桑西部電氣來講，更多的遺憾還不僅僅在建筑上。在這里有一種我無法表述的引人注目、堅(jiān)持不懈的職業(yè)道德，一種“生活和人民”的精神。我在這種職業(yè)道德的熏陶下慢慢成長，我嘗試著盡可能多地將其應(yīng)用到影響電力電子學(xué)的科目上。

如今的風(fēng)力發(fā)電廠

你曾經(jīng)開車經(jīng)過風(fēng)力發(fā)電廠嗎？你會(huì)看到你認(rèn)為相當(dāng)大相當(dāng)宏偉的部件以看似緩慢但充滿活力的速度移動(dòng)。當(dāng)你走近其中一個(gè)設(shè)備時(shí)(當(dāng)然是在經(jīng)過允許的情況下)，你會(huì)從一個(gè)完全不同的視角看這些東西。

在這方面，它很像霍桑西部電氣。當(dāng)你驅(qū)車經(jīng)過霍桑西部電氣時(shí)，它看起來就像一個(gè)有許多窗戶的大建筑。但是當(dāng)你走近那個(gè)地方，它又不僅僅只是最初的那個(gè)印象。同樣，當(dāng)你在風(fēng)力相當(dāng)?shù)那闆r下站在2.1MVA風(fēng)力渦輪機(jī)下的時(shí)候，那確實(shí)是一個(gè)令人驚嘆的場(chǎng)景。

風(fēng)力渦輪機(jī)上的葉片尖端不是在緩慢地移動(dòng)。它們轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候都發(fā)出嘶嘶作響的聲音。如果你靠近傾聽，你會(huì)聽到100萬英尺磅能量聽起來像是進(jìn)入了齒輪箱上的行星式齒輪中。這種聲音并不像SD80或Dash9滾下軌道那么大，但是由于齒輪箱是封閉的并且高達(dá)300英尺，聲音往往經(jīng)過傳播后就相當(dāng)可觀了。

立即發(fā)生的另一件事件是傳播。從一個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)到另一個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)需要比較長的時(shí)間。我們的好奇心不禁涌現(xiàn)，不過驚訝之情也油然而生：這些渦輪機(jī)是如何以電的方式匯集在一起然后進(jìn)行分布的，它們能夠提供多少輸出。

在我代表國際整流器公司(InternationalRectifier)舉辦的電力研討會(huì)上，我想回顧一下這些大型風(fēng)力渦輪機(jī)，然后試著作為打破僵局的引導(dǎo)性介紹回答這些問題中的一部分。這不是廣告，不是促銷，也不是營銷技巧，而是只是對(duì)這些設(shè)備如何工作以及如何滿足我們的大規(guī)模電力需求的一些想法。最有意義的做法是將這些相當(dāng)新的可再生能源生產(chǎn)設(shè)備與比較傳統(tǒng)的發(fā)電廠進(jìn)行對(duì)比，然后研究一下這些東西是怎樣滿足我們巨大的能源需求的。

伊利諾伊州拉薩爾縣的拉薩爾發(fā)電站(隔壁就是GrandRidge風(fēng)力發(fā)電廠)占地約2800英畝，包括蜿蜒流淌的冷卻湖(圖2)。兩個(gè)沸水反應(yīng)堆(BWR)設(shè)計(jì)用來連續(xù)地產(chǎn)生約1700MW的總功率。這意味著這個(gè)發(fā)電廠的功率密度為每英畝600kW。這個(gè)密度相當(dāng)高。不過這意味著什么呢？