图像处理的数学知识:风的威力

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风的威力

类别:社会民生   浏览量: 12   版次:GB13   版名:地球周刊 低碳   稿源:南方都市报   2011-11-06
作者:综合 原创   手机看新闻 全国订报编辑此文 摘要:按新能源改革计划,到2020年,德国1/5的能源将来自风能。德国最大的海上风力发电场的产量已经相当于世界第一座核电站的12倍。风能的威力不容小视。虽然风能比核能清洁、安全,但海上涡轮机建造维护起来却相当麻烦。

(南方都市报  www.nddaily.com SouthernMetropolisDailyMark 南都网)

    风塔上的很多部件都需要定期维修。每个发电机组每年需要约450小时的维护时间。为节约成本,电力公司不得不将其压缩到150小时。

    按新能源改革计划,到2020年,德国1/5的能源将来自风能。德国最大的海上风力发电场的产量已经相当于世界第一座核电站的12倍。风能的威力不容小视。虽然风能比核能清洁、安全,但海上涡轮机建造维护起来却相当麻烦。

    从远处,比如在约3海里远的地方,未来看上去非常简单。将一座风力涡轮发电机放到海上,风吹动叶片转动,动能被转化成电能。这样的解释拉尔夫·克鲁斯特5岁的女儿也能明白。但更困难的问题是,为什么爸爸每天早晨6点钟就要开车到诺德代希港口,确保那些竖立在海上的看似简单的“风车”正常运转。

    “这并不像你想象的那样简单,”克鲁斯特说,他不会称自己为“风力发电场的看护人”,他希望被叫做“海上技工”。他来自德国西北部的东弗里斯兰地区,有着奥运会赛艇选手一样的魁梧身材,让人误以为他可能是意昂集团(德国能源康采恩,业务以欧洲范围内的天然气、电力为主)的形象代表。事实上,克鲁斯特是阿尔法文图斯海上风力发电场的看守人。这个风力发电场位于北海,距离博库姆岛约45公里。在猛烈的海风吹袭下,克鲁斯特还是从容地完成了介绍。克鲁斯特的工作一点也不轻松:早上4点45分起床,烧水泡茶,然后开车到码头,登上“风力1号”。听上去像总统专机“空军1号”,其实只是阿尔法文图斯风力发电场的维修船。这座海上风力发电场包括12座5兆瓦的涡轮机,发电量足够5万个家庭使用,是德国最大的海上风力发电场。

    德国是第一个决定在不远的未来重点发展可再生能源的发达工业国。德国也是核裂变技术和内燃机诞生的国家。到2020年,遍布汽车公司、化工厂和炼钢厂的德国所用全部能源的1/5将来自风力涡轮。风能的倡导者说,这个目标将帮助德国结束对进口石油天然气的依赖。这个目标将帮助改变气候,决定21世纪的发展道路。似乎很难找到比这更加高尚的目标。总而言之,德国下了一个它输不起的赌注。所有人都在关注。如果逐步淘汰化石燃料在德国成功了,如果德国人能够至少用风能取代部分的核能。那么英国、智利、法国和加州同样能办到。德国变成了某种实验场。

    与此同时,拉尔夫·克鲁斯特将开始充实的一天,他要一直工作到下午6点30分。“O K,让我们出发。”他一声令下。

    几名穿着工作服的男子站在船边吸烟。其他人正用起重机将装满螺母的盒子吊到船上。船尾放满了各种设备和补给品:大帆布袋里装着工具、罐装润滑油,还有的口袋里装着防护服和食品。有3名荷兰人是第一次上船,他们被告知,如果要呕吐,请吐进海里,而不是马桶里,这样比较方便。接着船上开始放映安全示范片。一名女子演示如何穿上救生衣。荷兰人已经开始打瞌睡。

    只要天气许可,“风力1号”就会往返于大陆和风力发电场。来回需要4个小时。在冬季和天气糟糕的情况下曾经改用直升飞机。电池和变压器需要及时维修,支架和涡轮机上的可移动部分需要定期上油、润滑。开关、消防系统、控制装置等等都需要定期检查。风力很洁净,但是维护起来很麻烦,需要耗费大量人力。

    来自菲律宾马尼拉的何塞利托是4名“油漆工”之一,他的工作就是定期给风塔涂涂料,防止生锈。冬季,他在汉堡的Blohm +V oss船坞当油漆工。但现在他到了海上。“风能?好,非常好,”他说,“好工作。”

    今天早上,涡轮机制造商A revaW ind的3名机械师开着一辆黑色面包车来到码头。他们留着小辫子,身上有文身,身穿黑色连身工作服,看上去就像重金属乐队成员。但他们只是来维修11号塔的起重机的。“风力1号”上约20名男子未必都是绿党支持者。事实上,他们看上去更像是核电厂的工人。“区别在于”,一名靠在甲板栏杆上,戴眼镜留山羊胡子的男子说,“如果风塔倒塌,在海上不会造成多大的损害。”他头上戴了两个大耳罩,看上去就像昆虫突出的眼睛。他名叫安德里亚·克拉森,曾被派往台湾、苏格兰和比利时担任监管者。“在海上,当你发言时,人们都会倾听。”说完,他把压在太阳穴上的耳罩拉下来罩住了耳朵。这东西原来是一副大耳机。剩下的旅程,他将在流行音乐中度过。

    突然之间,12座风塔出现在海平线上。它们看上去如此古怪又如此和谐。灰白色的叶片映衬着北海灰绿色的海水在缓缓转动。每座塔重约1000吨。从远处看就像是大型现代雕塑———没有什么意义,但很漂亮。

    2001年11月9日,风力发电先锋英戈格·德·布尔获得联邦海事和水文局的批准,在海上修建风力发电场。许可附带的要求、条件和规则整整有43页。比如第6.1.4条规定:“风塔从下到上15米需油漆成黄色,超过最高潮位的界限。”许可还要求经营者必须保证军用飞机的安全,确保夜间开启警报灯,并监视风塔对海洋哺乳动物和鸟类迁徙的影响。根据第24条,当风塔报废后,必须“运往陆地恰当处置。”4年后,德·布尔以500万欧元的价格将许可卖给了由能源公司、银行、设备生产商和运营商组成的德国海上风能基金会。

    “风力1号”的船头靠近A V 4号风塔,穿工作服的男子一个接一个爬上高塔。他们顺着长长的梯子爬到了平台上。接下来6个小时,他们将对这座塔进行维修。每隔两秒钟,巨大的风轮叶片就会从上面旋转下来,感觉像是站在巨大的断头台上,看着铡刀落下。叶片长达61米,比空客A 380飞机的机翼还要长。它们无声地旋转着。在强风中,叶片的尖端转速可达到每小时300公里,接近赛车的速度。因此,风轮叶片是损耗最大的部件,而并非位于水下的基础。这已经不再是环保主义者的玩具。它们是被海水包围的露天工厂。事实上,12台风力发电机就是12个发电站,虽然都很小,每个的发电量只有5兆瓦,恰好和1954年开始运行的俄罗斯奥布宁斯克的世界第一座核电站的发电量一样。

    德国政府计划,到2020年,在海上再安装发电量1万兆瓦的风力发电机组,到2030年再增加2.5万兆瓦。这将意味着新增5000座这样的风塔,或是400个阿尔法文图斯规模的风力发电场。到那时,德国海岸远远看上去将像一个插满针的枕垫子。将需要数十艘像“风力1号”这样的维修船,还需要数百名潜水员,和几千名拉尔夫·克鲁斯特这样的人。那么,德国将成为货真价实的风力国度。

    克鲁斯特参与了风电场的建设,熟悉这里的每个螺母。他对阿尔法文图斯的了解就像工匠了解自己的作品一样。“我的父亲是个有着灵巧双手的人。他甚至给我们建造了一辆马车。”他父亲是蒂森北海造船厂的工人,经济危机波及造船厂后改行成了卡车司机。蒂森北海造船厂现在改名为SIA G,成了海上风力发电场的供应商。阿尔法文图斯的变电站就是在克鲁斯特的父亲曾经工作过的船厂建造的。克鲁斯特说,“那里的大多数人还没有意识到,风能对于德国海岸地区意味着什么。”———意味着东弗里斯兰地区老旧经济的转型。一些人希望德国的新能源政策将为海上风力发电业带来多达1000亿欧元的资金。

    两大风力涡轮发电机制造商。A reva W ind和REPow er在不来梅港有生产厂。很少有人知道阿罗伊斯·沃本的名字,但是,这位风力公司Enercon的创始人已经成为亿万富翁,德国最富有的人之一。感谢前任德国环境部长约尔根·特里廷,在社民党和绿党联合执政期间,一些从车库起步的小公司迅速成长起来。感谢日本福岛的核事故,在未来,它们还将赚更多的钱。Enercon利用德国北部城市埃姆登、基尔和帕彭堡的旧船坞建造了第一艘风轮专用运输船,将它的风力发电机从位于东弗里斯兰的总部运往世界各地。

    意昂集团和丹麦电力公司D O N G以及阿拉伯联合酋长国合作,正在泰晤士河口修建发630兆瓦的海上风力发电场。这座风力发电场将足以取代一座小型现代核电站。当然,前提是有风的情况下。“这一点完全可以放心。”克鲁斯特说。事实上,海上风力的平均速度达到5级,约每小时30公里,并且比陆地上稳定得多。

    2006年4月3日,德国首次能源峰会决定在博库姆附近建造一个大型的实验风力项目。3大能源供应商,意昂集团、瑞典大瀑布电力公司和地方电力公司E WE组成了名为D O T I的财团,合作经营阿尔法文图斯风力发电场。当时的德国环境部长西格玛·加布里尔又贡献了5000万欧元,用于该项目相关的研究。实验地点必须远离海岸,远离瓦登海国家公园,远离渔业航道,远离东弗里斯兰两座人们用来度假的岛屿。

    阿尔法文图斯目前是在开放海上建造的最大风力发电场,估计造价约1.75亿欧元,最终,实际建造成本增加到2 .5亿欧元。发电场离大陆越远,风力越强劲,但是建造费用也越昂贵,后勤补给上更复杂。由于糟糕的天气———风力太大———建设计划被迫推迟了一年。在海上安装风力涡轮机比发射航天飞机容易,但是容易不了多少。洋流和巨浪使得工作条件极其困难,起重机很难将风塔的基础安放到位。在气候恶劣的时候,3座自升式平台、一艘铺设线缆的船只、多艘拖船、一艘挖泥船和一艘护卫船都必须等待天气条件好转。这些设备每天就需要花费几十万欧元。固定基础的管道必须打进海床下30米,并用混凝土加固。然后在自升式平台的帮助下,组装发电机组———风塔、涡轮机和风轮。更加困难的是,10吨重的风轮必须在绝对无风的条件下安装上去。基础部分在苏格兰和挪威焊接。海床下的管道在德国西北部的罗斯托克制造,变压器来自巴伐利亚的雷根斯堡,风轮叶片来自不来梅和汉堡。所有部件都必须用船运送到安装地点,再进行调试。

    在“风力1号”上有一个大水箱,用于定期更换变压器下集水槽中的水。在陆地上,一根水管就可以解决这个问题。但对于海上发电机组,首先必须把水箱运输到码头,再搬上维护船,运输60公里,到达风塔所在地,然后用起重机完成替换。

    “菲诺1号”是一个研究平台,上面配备有声纳装置、声纳塔、雷达、和跟踪迁徙候鸟的摄像机。这些设备能够追踪经过这里的每一条鱼、每一头海豹。潜水员们定期采集样本,寻找海洋生物留下的痕迹。这些研究全部是按照动物保护组织的要求而设立的。“菲诺1号”体现了风力发电厂的环保意识。拍摄迁徙候鸟的摄像机和其他一些设备需要电力。最显而易见的解决方案是连一条电缆到变电站,但环境部选择了更廉价的柴油发电机。

    位于变电站上方的直升飞机停机坪上落满了海鸥的粪便。按照设想,这些海鸟应该被风塔播放的“惊吓音乐”吓跑,但是尝试了各种声音———教堂钟声、猴子叫声、嘈杂的噪音———都不管用。克鲁斯特说,“这些鸟实在是想找个落脚的地方。”港湾鼠海豚倒是被赶走了。它们无法容忍建造风塔时候的噪音。没有人知道,它们什么时候会回来?

    一艘丹麦籍潜水船停在A V 1号涡轮机的旁边。这艘船每天就要花掉1万美元。风塔需要水下维修,维修船停靠时候的撞击力导致部分部件松动。“风力1号”尝试了3次才成功停靠。3名荷兰人爬进潜水船,在接下来14天,他们将在海上度过。(南方都市报  www.nddaily.com SouthernMetropolisDailyMark 南都网)

    如果没有风,关上船的引擎,就可以听到风轮叶片转动发出的声音。每次旋转可以产生约59欧分的电力。这是因为,德国《可再生能源法案》(E E G )确保海上风力发电厂的经营者每生产1千瓦小时的电力可获得13欧分的补偿。在开始运行后的前9个月里,阿尔法文图斯生产了1900亿瓦时的电力。59欧分的估计依据是每分钟9转的平均转速。听上去很不错,但是要收回25亿欧元的建造成本,风轮的转速需要赶上飞机螺旋桨的转速。营运成本,包括防止生锈的涂料、潜水船,等等,全部从59欧分中扣除。(南方都市报  www.nddaily.com SouthernMetropolisDailyMark 南都网)

    但是,在一些激进的环保主义者看来,阿尔法文图斯首先是用肮脏的钱修建的。瑞典大瀑布电力公司和意昂集团都拥有核电站,其中部分已经被关闭。目前,意昂集团还有4座核电站依然在运行。风力涡轮机的制造商M ultibrid属于法国能源集团A reva.而A reva在法国建造了众多核电站。同样有着核能历史的电力公司E nB W持有E WE四分之一的股份。

    风塔上张贴着很多的规章条款,每一条都意味着花钱。比如,其中一条规则规定,任意时候,在风塔上工作的人不得少于3人。每个锈斑必须按照规定清除,因此“风力1号”上共有3名身穿安全服的油漆工。

    任何在风塔上工作的人必须经过严格体检,并接受野外生存训练,训练项目类似美军海豹突击队的训练,包括如何从沉没的直升飞机上逃生。这些都写在了规则中。(南方都市报  www.nddaily.com SouthernMetropolisDailyMark 南都网)

    维护风轮叶片的时候,必须从岸上的控制站将其关闭。通常,在风力太弱或是太强(时速超过90公里)的情况下,这些风轮也会自动关闭。

    “现在,”克鲁斯特说,“每个发电机组每年需要约450小时的维护时间。我们不得不将其压缩到150小时。”这样才能让它们盈利。但是,实施起来非常困难。不久,维护船每次出海的时间将减少到10个小时。“那时候,”克鲁斯特说,“我们将不得不增加人手,增加一倍。这要花很多钱。英国在这方面的规定没有这么严格。”

    德国发展风能的政策正如它淘汰核能的立场一样坚决。自从柏林的政治态度改变之后,除了发展可再生能源,德国已经别无选择。德国做出了承诺,只能坚持下去。克鲁斯特觉得这一切“不太正常”。他说,福岛事故并没有彻底地改变他的世界观。事实上,它只是巩固了他的观点———事故可能发生。克鲁斯特并非绿党也非左派。“政党都不可信。如果能完全按我的意愿,最好让我亲手挑选内阁。”当然他明白这是永远不可能的。

    现在是下午4点,工人们陆续从风塔返回维护船。风力减弱了一些,海浪也不那么高了。工人们回到船上,立刻聚集到船尾,脱下安全服。当他们摘下头盔,头发已经被汗水打湿。返回的途中,克拉森一直待在甲板上,戴着他的大耳机,在一台笔记本电脑上写工作报告。几名涡轮机机械师在抽烟。何塞利托似乎在谈他对汉堡的感受,但他的口音太重,没有人明白他在说什么。

    其他人聚集到餐室,盯着墙上一台小小的电视。正在播放的是一档德国真人秀。工人们说话不多。在海上工作很累———引擎巨大的噪音、穿着厚重的安全服爬上爬下、海浪、狂风、必须时刻集中注意力。这些人连续工作了10个小时,几乎连看电视的力气都没有了。

    站在船尾,回头望去,12座风塔慢慢地消失在薄雾中。在海底,一条有男人手臂粗的电缆埋在泥沙里。这条电缆和它输送的电力是“风力1号”和它的全部船员们奔波劳累的原因。

    当船进入港口,克鲁斯特立刻奔上岸,开着他的黑色大众汽车回家。到了晚上,他仍感觉自家的地板在摇动,这是长期乘船的后遗症,短时间不会消失。它似乎在提醒克鲁斯特,海上风力的与众不同,为了获得一个清洁的未来,人们需要付出什么样的代价。

    编译:宇