|
風(fēng)能(wind energy)是因空氣流動(dòng)做功而提供給人類的一種可利用的能量，空氣流動(dòng)具有的動(dòng)能稱風(fēng)能。風(fēng)能資源受地形的影響較大，世界風(fēng)能資源多集中在沿海和開闊大陸的收縮地帶，如美國的加利福尼亞州沿岸和北歐一些國家，中國的東南沿海、內(nèi)蒙古、新疆和甘肅一帶風(fēng)能資源也很豐富。
2012年4月，科學(xué)期刊《自然氣候變化》的研究指出，風(fēng)車發(fā)電廠可致當(dāng)?shù)貧鉁厣仙?.7攝氏度，這一數(shù)字足以影響當(dāng)?shù)靥鞖馀c氣候。這讓人們開始擔(dān)心風(fēng)能會(huì)加劇溫室效應(yīng)。
風(fēng)能是因空氣流動(dòng)做功而提供給人類的一種可利用的能量，空氣流動(dòng)具有的動(dòng)能稱風(fēng)能，空氣流速越快，動(dòng)能越大。人們可以用風(fēng)車把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作去推動(dòng)發(fā)電機(jī)，以產(chǎn)生電力，方法是透過傳動(dòng)軸，將轉(zhuǎn)子（由以空氣動(dòng)力推動(dòng)的扇葉組成）的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳送至發(fā)電機(jī)。 到2008年為止，全世界以風(fēng)力供應(yīng)的電力已超過全世界用量的1%。風(fēng)能雖然對(duì)大多數(shù)國家而言還不是主要的能源，但在1999年到2005年之間已經(jīng)成長了四倍以上。[1] 2011年全球風(fēng)能發(fā)電累計(jì)238千兆瓦，比2009年增長了21%。[2] 人類利用風(fēng)能的歷史可以追溯到公元前。中國是世界上最早利用風(fēng)能的國家之一。公元前數(shù)世紀(jì)中國人就利用風(fēng)力提水、 灌溉、磨面、舂米，用風(fēng)帆推動(dòng)船舶前進(jìn)。到了宋代更是中國應(yīng)用風(fēng)車的全盛時(shí)代，當(dāng)時(shí)流行的垂直軸風(fēng)車，一直沿用至今。在國外，公元前2世紀(jì)，古波斯人就利用垂直軸風(fēng)車碾米。10世紀(jì)伊斯蘭人用風(fēng)車提水，11世紀(jì)風(fēng)車在中東已獲得廣泛的 應(yīng)用。13世紀(jì)風(fēng)車傳至歐洲，14世紀(jì)已成為歐洲不可缺少的原 動(dòng)機(jī)。在荷蘭風(fēng)車先用于萊茵河三角洲湖地和低濕地的汲水，以后又用于榨油和鋸木。只是由于蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，才使歐洲風(fēng)車數(shù)目急劇下降。 但數(shù)千年來，風(fēng)能技術(shù)發(fā)展緩慢，沒有引起人們足夠的重視。但自1973年世界石油危機(jī)以來，在常規(guī)能源告急和全球生態(tài)環(huán)境惡化的雙重壓力下，風(fēng)能作為新能源的一部分才重新有了長足的發(fā)展。風(fēng)能作為一種無污染和可再生的新能源有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，特別是對(duì)沿海島嶼，交通不便的邊遠(yuǎn)山區(qū)，地廣人稀的草原牧場(chǎng)，以及遠(yuǎn)離電網(wǎng)和近期內(nèi)電網(wǎng)還難以達(dá)到的農(nóng)村、邊疆，作為解決生產(chǎn)和生活能源的一種可靠途徑，有著十分重要的意義。即使在發(fā)達(dá)國家，風(fēng)能作為一種高效清潔的新能源也日益受到重視，比如：美國能源部就曾經(jīng)調(diào)查過，單是德克薩斯州和南達(dá)科他州兩州的風(fēng)能密度就足以供應(yīng)全美國的用電量。  在美國，無論是在海岸還是陸地，都有豐富的風(fēng)力資源。利用風(fēng)來產(chǎn)生電力所需的成本已經(jīng)降低許多，即使不含其他外在的成本，在許多適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)使用風(fēng)力發(fā)電的成本已低于燃油的內(nèi)然機(jī)發(fā)電了。2003年美國的風(fēng)力發(fā)電成長就超過了所有發(fā)電機(jī)的平均成長率。自2004年起，風(fēng)力發(fā)電更成為在所有新式能源中已是最便宜的了。在2005年風(fēng)力能源的成本已降到1990年代時(shí)的五分之一，而且隨著大瓦數(shù)發(fā)電機(jī)的使用，下降趨勢(shì)還會(huì)持續(xù)。[3] 地球吸收的太陽能有1%到3%轉(zhuǎn)化為風(fēng)能，總量相當(dāng)于地球上所有植物通過光合作用吸收太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的50到100倍。上了高空就會(huì)發(fā)現(xiàn)風(fēng)的能量，那有時(shí)速超過160公里的強(qiáng)風(fēng)。這些風(fēng)的能量最后因和地表及大氣間的摩擦力而以各種熱能方式釋放。 風(fēng)的成因因太陽照射極地和赤道的不均勻使得地表的不受熱；地表溫的速度較海面快；大氣中同溫層如同天花板的效應(yīng)加速了氣體的對(duì)流；季節(jié)的變化；科氏效應(yīng)；月亮的反射比率共同形成了風(fēng)。 風(fēng)能提取風(fēng)能可以通過風(fēng)車來提取，當(dāng)風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)輪時(shí)，風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)輪繞軸旋轉(zhuǎn)，使得風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。而風(fēng)能轉(zhuǎn)化量直接與空氣密度、風(fēng)輪掃過的面積和風(fēng)速的平方成正比。  中國內(nèi)蒙古自治區(qū)輝騰錫勒風(fēng)力發(fā)電廠。風(fēng)之強(qiáng)弱程度，通常用風(fēng)力等級(jí)來表示，而風(fēng)力的等級(jí)，可由地面或海面物體被風(fēng)吹動(dòng)之情形加以估計(jì)之。目前國際通用之風(fēng)力估計(jì)，系以蒲福風(fēng)力級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)。蒲福氏為英國海軍上將，于1805年首創(chuàng)風(fēng)力分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。先僅用于海上，后亦用于陸上，并屢經(jīng)修訂，乃成今日通用之風(fēng)級(jí)。實(shí)際風(fēng)速與蒲福風(fēng)級(jí)之經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為： V= 0.836 * (B^ (3/2)) B為蒲福風(fēng)級(jí)數(shù)，V為風(fēng)速（單位：米／秒） 一般而言，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組起動(dòng)風(fēng)速為2.5米/秒，臉上感覺有風(fēng)且樹葉搖動(dòng)情況下，就已開始運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電了，而當(dāng)風(fēng)速達(dá)28~34米/秒時(shí)，風(fēng)機(jī)將會(huì)自動(dòng)偵測(cè)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，以降低對(duì)受體本身之傷害。 優(yōu)點(diǎn)1.風(fēng)能為潔凈的能量來源。  我國風(fēng)能資源的分布2.在一些地區(qū)、風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性不足：許多地區(qū)的風(fēng)力有間歇性，必須等待壓縮空氣等儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展。 3.風(fēng)力發(fā)電需要大量土地興建風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，才可以生產(chǎn)比較多的能源。 4.進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)會(huì)發(fā)出龐大的噪音，所以要找一些空曠的地方來興建。 5.現(xiàn)在的風(fēng)力發(fā)電還未成熟，還有相當(dāng)發(fā)展空間。 2012年4月，科學(xué)期刊《自然氣候變化》的研究指出，風(fēng)車發(fā)電廠可致當(dāng)?shù)貧鉁厣仙?.7攝氏度，這一數(shù)字足以影響當(dāng)?shù)靥鞖馀c氣候。研究人員在2003到2011年對(duì)德州的大風(fēng)車農(nóng)場(chǎng)周圍的氣溫分析發(fā)現(xiàn)，氣溫升高速度約為0.72攝氏度每10年。大量的熱量來自于農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)生活產(chǎn)生的熱能以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)的渦輪機(jī)組運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械湍流。[2] 經(jīng)濟(jì)價(jià)值 位于西班牙東北方Aragon的La Muela，總面積為143.5平方公里。1980年起，新任市長看好充沛的東北風(fēng)資源而極力推動(dòng)風(fēng)力發(fā)電。近20年來，已陸續(xù)建造450座風(fēng)機(jī)（額定容量為237MW），為地方帶來豐富的利益。當(dāng)?shù)卣⒔璐艘?guī)劃完善的市鎮(zhèn)福利，吸引了許多人移居至此，短短5年內(nèi)，居民已由4,000人增加到12,000人。La Muela已由不知名的荒野小鎮(zhèn)變成眾所皆知的觀光休閑好去處。 法國 前十個(gè)風(fēng)力發(fā)電量國家（2010年) ①水平軸風(fēng)電機(jī)組技術(shù)。因?yàn)樗捷S風(fēng)電機(jī)組具有風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率高、轉(zhuǎn)軸較短在大型風(fēng)電機(jī)組上更突顯了經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，使它成為世界風(fēng)電發(fā)展的主流機(jī)型，并占有95%以上的市場(chǎng)份額。同期發(fā)展的垂直軸風(fēng)電機(jī)組，因?yàn)檗D(zhuǎn)軸過長、風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率不高，啟動(dòng)、停機(jī)和變槳困難等問題，目前（截至2012年）市場(chǎng)份額很小、應(yīng)用數(shù)量有限，但由于它的全風(fēng)向?qū)︼L(fēng)和變速裝置及發(fā)電機(jī)可以置于風(fēng)輪下方（或地面）等優(yōu)點(diǎn)，近年（截至2012年）來，國際上的相關(guān)研究和開發(fā)也在不斷進(jìn)行并取得一定進(jìn)展。 ②風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量持續(xù)增大，利用效率不斷提高。近年來（截至2012年），世界風(fēng)電市場(chǎng)上風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量持續(xù)增大，世界主流機(jī)型已經(jīng)從2000年的500~1000千瓦增加到2004年的2~3兆瓦，目前（截至2012年）世界上運(yùn)行的最大風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量為5兆瓦，并已開始10兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)與研發(fā)。 ③海上風(fēng)電技術(shù)成為發(fā)展方向。目前（截至2012年）建設(shè)海上風(fēng)電場(chǎng)的造價(jià)師陸地風(fēng)電場(chǎng)的1.7~2倍，而發(fā)電量則是路上風(fēng)電場(chǎng)的1.4倍，所以其經(jīng)濟(jì)性仍不如陸地風(fēng)電場(chǎng)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，海上風(fēng)電的成本會(huì)不斷降低，其經(jīng)濟(jì)性也會(huì)逐漸凸顯。 ④變槳變速、功率調(diào)節(jié)結(jié)束得到廣泛采用。由于變槳距功率調(diào)節(jié)方式具有載荷控制平穩(wěn)、安全和高效等優(yōu)點(diǎn)，在大型風(fēng)電機(jī)組上得到了廣泛采用。 ⑤直驅(qū)式、全功率變流技術(shù)得到迅速發(fā)展。無齒輪箱的直取方式能有效地減少由于齒輪箱問題而造成的機(jī)組故障，可有效提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和壽命，減少維護(hù)成本，因而得到了市場(chǎng)的青睞，市場(chǎng)份額不斷擴(kuò)大。 ⑥新型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。它采取了完全不同的設(shè)計(jì)理念，并采用了新型結(jié)構(gòu)和材料，達(dá)到威風(fēng)啟動(dòng)、無噪聲、抗12級(jí)以上臺(tái)風(fēng)、不受風(fēng)向影響等優(yōu)良性能，可以大量用于別墅、多層及高層建筑、路燈等中小型應(yīng)用場(chǎng)合。以它為主建立的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，具有電力輸出穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性高、對(duì)環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，也解決了太陽能發(fā)展中對(duì)電網(wǎng)的沖擊等影響。
|
|
|
