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  • 风能

    风能,(wind energy),是因空气流动做功而提供给人类的一种可利用的能量,空气流动具有的动能称风能。风能资源受地形的影响较大,世界风能资源多集中在沿海和开阔大陆的收缩地带,如美国的加利福尼亚州沿岸和北欧一些国家,中国的东南沿海、内蒙古新疆甘肃一带风能资源也很丰富。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 风能 英文名: wind energy
    分 类: 一次能源 产生能源: 机械能
    • 菠菜菠菜2012年4月,科学期刊《自然气候变化》的研究指出,风车发电厂可致当地气温上升0.7摄氏度,这一数字足以影响当地天气与气候。这让人们开始担心风能会加剧温室效应。

    目录

    简介/风能 编辑

    风力发电厂风力发电厂

    风能是因空气流动做功而提供给人类的一种可利用的能量,空气流动具有的动能称风能,空气流速越快,动能越大。人们可以用风车把风的动能转化为旋转的动作去推动发电机,以产生电力,方法是透过传动轴,将转子(由以空气动力推动的扇叶组成)的旋转动力传送至发电机。

    到2008年为止,全世界以风力供应的电力已超过全世界用量的1%。风能虽然对大多数国家而言还不是主要的能源,但在1999年到2005年之间已经成长了四倍以上。2011年全球风能发电累计238千兆瓦,比2009年增长了21%。

    特点/风能 编辑

    风能量是丰富、近乎无尽、广泛分布、干净与缓和温室效应。 存在地球表面一定范围内。经过长期测量,调查与统计得出的平均风能密度的概况称该范围内能利用的依据,通常以能密度线标示在地图上。

    来源/风能 编辑

    是地球上的一种自然现象,它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面,地球表面各处受热不同,产生温差,从而引起大气的对流运动形成风。风能就是空气的动能,风能的大小决定于风速和空气的密度。全球的风能约为2.74X109MW,其中可利用的风能为2X107MW,比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。空气流动所形成的动能及为风能。风能是太阳能的一种转化形式。太阳的辐射造成地球表面受热不均,引起大气层中压力分布不均,空气沿水平方向运动形风。风的形成乃是空气流动的结果。

    历史/风能 编辑

    人类利用风能的历史可以追溯到公元前。中国是世界上最早利用风能的国家之一。公元前数世纪中国人就利用风力提水、 灌溉磨面舂米,用风帆推动船舶前进。到了宋代更是中国应用风车的全盛时代,当时流行的垂直轴风车,一直沿用至今。在国外,公元前2世纪,古波斯人就利用垂直轴风车碾米。10世纪伊斯兰人用风车提水,11世纪风车在中东已获得广泛的 应用。13世纪风车传至欧洲,14世纪已成为欧洲不可缺少的原 动机。在荷兰风车先用于莱茵河三角洲湖地和低湿地的汲水,以后又用于榨油和锯木。只是由于蒸汽机的出现,才使欧洲风车数目急剧下降。

    但数千年来,风能技术发展缓慢,没有引起人们足够的重视。但自1973年世界石油危机以来,在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下,风能作为新能源的一部分才重新有了长足的发展。风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力,特别是对沿海岛屿,交通不便的边远山区,地广人稀的草原牧场,以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆,作为解决生产和生活能源的一种可靠途径,有着十分重要的意义。即使在发达国家,风能作为一种高效清洁的新能源也日益受到重视,比如:美国能源部就曾经调查过,单是德克萨斯州南达科他州两州的风能密度就足以供应全美国的用电量。

    经济性/风能 编辑

    在美国,无论是在海岸还是陆地,都有丰富的风力资源。在美国,无论是在海岸还是陆地,都有丰富的风力资源。

    利用风来产生电力所需的成本已经降低许多,即使不含其他外在的成本,在许多适当地点使用风力发电的成本已低于燃油的内然机发电了。2003年美国的风力发电成长就超过了所有发电机的平均成长率。自2004年起,风力发电更成为在所有新式能源中已是最便宜的了。在2005年风力能源的成本已降到1990年代时的五分之一,而且随着大瓦数发电机的使用,下降趋势还会持续。

    利用概述/风能 编辑

    据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能,但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为1300亿千瓦,比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。
    人类利用风能的历史可以追溯到公元前。古埃及、中国、古巴比伦是世界上最早利用风能的国家之一。公元前利用风力提水、灌溉、磨面、舂米,用风帆推动船舶前进。由于石油短缺,现代化帆船在近代得到了极大的重视。到了宋代更是中国应用风车的全盛时代,当时流行的垂直轴风车,一直沿用至今。在国外,公元前2世纪,古波斯人就利用垂直轴风车碾米。 10世纪伊斯兰人用风车提水,11世纪风车在中东已获得广泛的 应用。13世纪风车传至欧洲,14世纪已成为欧洲不可缺少的原动机。在荷兰风车先用于莱茵河三角洲湖地和低湿地的汲水,以后又用于榨油和锯木。只是由于蒸汽机的出现,才使欧洲风车数目急剧下降。
    数千年来,风能技术发展缓慢,也没有引起人们足够的重视。但自1973年世界石油危机以来,在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下,风能作为新能源的一部分才重新有了长足的发展。风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力,特别是对沿海岛屿,交通不便的边远山区,地广人稀的草原牧场,以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆,作为解决生产和生活能源的一种可靠途径,有着十分重要的意义。 即使在发达国家,风能作为一种高效清洁的新能源也日益受到重视。
    美国早在1974年就开始实行联邦风能计划。其内容主要是:评估国家的风能资源;研究风能开发中的社会和环境问题;改进风力机的性能,降低造价;主要研究为农业和其他用户用的小于100kw的风力机;为电力公司及工业用户设计的兆瓦级的风力发电机组。美国已于80年代成功地开发了100、200、2000、

    风能路灯
    2500、6200、7200kw的6种风力机组。目前美国已成为世界上风力机装机容量最多的国家,超过2X104MW,每年还以10%的速度增长。
    现在世界上最大的新型风力发电机组已在夏威夷岛建成运行,其风力机叶片直径为97.5m,重144t,风轮迎风角的调整和机组的运行都由计算机控制,年发电量达1000万kw·h。根据美国能源部的统计至1990年美国风力发电已占总发 电量的1%。 在瑞典、荷兰英国、丹麦、德国、日本、西班牙,也根据各自国家的情况制定了相应的风力发电计划。如瑞典1990年风力机的装机容量已达350MW,年发电10亿kw·h。
    丹麦在1978年即建成了日德兰风力发电站,装机容量2000kw,三片风叶的扫掠直径为54m,混凝土塔高58m,预计到2005年电力需求量的10%将来源于风能。德国1980年就在易北河口建成了一座风 力电站,装机容量为3000kw,到本世纪末风力发电也将占总发电量的8%。英国,英伦三岛濒临海洋,风能十分丰富,政府对风能开发也十分重视,到1990年风力发电已占英国总发电量的2%。
    在日本, 1991年10月轻津海峡青森县的日本最大的风力发电站投人运行,5台风力发电机可为700户家庭提供电力。中国位于亚洲大陆东南、濒临太平洋西岸,季风强盛。季风是中国气候的基本特征,如冬季季风在华北长达6个月,东北长达7个月。东南季风则遍及中国的东半壁。根据国家气象局估计,全国风力资源的总储量为每年16亿kw,近期可开发的约为1.6亿kw,内蒙古、青海黑龙江甘肃等省风能储量居中国前列,年平均风速大于3m/s的天数在200天以上。
    中国风力机的发展,在50年代末是各种木结构的布篷式风车,1959年仅江苏省就有木风车20多万台。到60年代中期主要是发展风力提水机。70年代中期以后风能开发利用列入“六五”国家重点项目,得到迅速发展。进入80年代中期以后,中国先后从丹麦、比利时、瑞典、美国、德国引进一批中、大型风力发电机组。在新疆、内蒙古的风口及山东、浙江、福建、广东的岛屿建立了8座示范性风力发电场。1992年装机容量已达8MW。新疆达坂城的风力发电场装机容量已达3300kw,是全国目前最大的风力发电场。至1990年底全国风力提水的灌溉面积已达2.58万亩。1997年新增风力发电10万kw。目前中国已研制出100多种不同型式、不同容量的风力发电机组,并初步形成了风力机产业。尽管如此,与发达国家相比,中国风能的开发利用还相当落后,不但发展速度缓慢而且技术落后,远没有形成规模。在进入21世纪时,中国应在风能的开发利用上加大投入力度,使高效清洁的风能能在中国能源的格局中占有应有的地。
    全球风能产业的发展历经了几次兴衰交替终于峰回路转,将要迎来新一轮的热潮。
    2013年对于全球风能产业来说无疑是个打击,但其中也不乏可圈可点之处。
    在美国,风能产业最繁盛的当属德克萨斯州,这里已经拥有了1.24万兆瓦的风电装机量。风能对该州电网的贡献也与日俱增。
    中国,在2010年已经实现超越美国的风电产能,成为世界规模最大的风能生产国。中国还计划新增39兆瓦的海上风电开发规模。
    此外,在亚洲其他地区,风力发电项目也都在如火如荼地进行。如巴基斯坦,2013年的风电装机总量比2012年增加1倍,增至100兆瓦,随着2014年上线的两个50兆瓦的风能项目落实,装机总量将会再翻一番。同样,泰国也在2013年使本国风电装机总量增加1倍,达到220兆瓦。而菲律宾在2014年竣工的7个项目,把该国的风电装机产能扩大到了450兆瓦的,增长达13倍之多。
    可见,经过2013年的蛰伏,还有2014年的蓄力,全球风能产业将再次迎来发展的热潮,甚至创造出新的纪录。[1]

    风的能量/风能 编辑

    地球吸收的太阳能有1%到3%转化为风能,总量相当于地球上所有植物通过光合作用吸收太阳能转化为化学能的50到100倍。上了高空就会发现风的能量,那有时速超过160公里的强风。这些风的能量最后因和地表及大气间的摩擦力而以各种热能方式释放。

    风的成因

    因太阳照射极地和赤道的不均匀使得地表的不受热;地表温的速度较海面快;大气中同温层如同天花板的效应加速了气体的对流;季节的变化;科氏效应;月亮的反射比率共同形成了风。

    风能提取

    风能可以通过风车来提取,当风吹动风轮时,风力带动风轮绕轴旋转,使得风能转化为机械能。而风能转化量直接与空气密度、风轮扫过的面积和风速的平方成正比。

    风力的分级/风能 编辑

    中国内蒙古自治区辉腾锡勒风力发电厂。中国内蒙古自治区辉腾锡勒风力发电厂。

    风之强弱程度,通常用风力等级来表示,而风力的等级,可由地面或海面物体被风吹动之情形加以估计之。目前国际通用之风力估计,系以蒲福风力级为标准。蒲福氏为英国海军上将,于1805年首创风力分级标准。先仅用于海上,后亦用于陆上,并屡经修订,乃成今日通用之风级。实际风速与蒲福风级之经验关系式为:

    V= 0.836 * (B^ (3/2))

    B为蒲福风级数,V为风速(单位:米/秒)

    一般而言,风力发电机组起动风速为2.5米/秒,脸上感觉有风且树叶摇动情况下,就已开始运转发电了,而当风速达28~34米/秒时,风机将会自动侦测停止运转,以降低对受体本身之伤害。

    风能应用/风能 编辑

    发电
    帆船
    抽水(地下水海水)与灌溉
    磨坊

    优缺点/风能 编辑

    优点

    1.风能为洁净的能量来源。
    2.风能设施日趋进步,大量生产降低成本,在适当地点,风力发电成本已低于发电机。
    3.风能设施多为不立体化设施,可保护陆地和生态。
    4.风力发电是可再生能源,很环保。

    缺点

    我国风能资源的分布我国风能资源的分布
    1.风力发电在生态上的问题是可能干扰鸟类,如美国堪萨斯州的松鸡在风车出现之后已渐渐消失。目前的解决方案是离岸发电,离岸发电价格较高但效率也高。
    2.在一些地区、风力发电的经济性不足:许多地区的风力有间歇性,必须等待压缩空气等储能技术发展。
    3.风力发电需要大量土地兴建风力发电场,才可以生产比较多的能源。
    4.进行风力发电时,风力发电机会发出庞大的噪音,所以要找一些空旷的地方来兴建。
    5.现在的风力发电还未成熟,还有相当发展空间。

    2012年4月,科学期刊《自然气候变化》的研究指出,风车发电厂可致当地气温上升0.7摄氏度,这一数字足以影响当地天气与气候。研究人员在2003到2011年对德州的大风车农场周围的气温分析发现,气温升高速度约为0.72摄氏度每10年。大量的热量来自于农场生产生活产生的热能以及风力发电机的涡轮机组运动产生的机械湍流。[2]

    世界风能的情况./风能 编辑

    经济价值
    利用风来产生电力所需的成本已经降低许多,即使不含其他外在的成本,在许多适当地点使用风力发电的成本已低于燃油的内然机发电了。风力发电年增率在2002 年时约25%,现在则是以38%的比例快速成长。2003年美国的风力发电成长就超过了所有发电机的平均成长率。自2004 年起,风力发电更成为在所有新式能源中已是最便宜的了。在2005 年风力能源的成本已降到1990年代时的五分之一,而且随着大瓦数发电机的使用,下降趋势还会持续。

    西班牙

    位于西班牙东北方Aragon的La Muela,总面积为143.5平方公里。1980年起,新任市长看好充沛的东北风资源而极力推动风力发电。近20年来,已陆续建造450座风机(额定容量为237MW),为地方带来丰富的利益。当地政府并借此规划完善的市镇福利,吸引了许多人移居至此,短短5年内,居民已由4,000人增加到12,000人。La Muela已由不知名的荒野小镇变成众所皆知的观光休闲好去处。

    法国

    另法国西北方的Bouin原本以临海所产之蚵及海盐著名,2004年7月1日起,8座风力发电机组正式运转,这8座风机与蚵、海盐三项,同时成为此镇之观光特色,吸引大批游客从各地涌进参观,带来丰沛的观光收入。

    风力发电的发展/风能 编辑

    前十个风力发电量国家(2010年)

      国家 

      风电装机容量(兆瓦)

      中国   44,733
      美国  40,180
      德国  27,215
      西班牙  20,676
      印度  13,066
      意大利  5,797
      法国  5,660
      英国  5,204
      加拿大  4,008
      丹麦  3,734

    发展趋势/风能 编辑

    ①水平轴风电机组技术。因为水平轴风电机组具有风能转换效率高、转轴较短在大型风电机组上更突显了经济性等优点,使它成为世界风电发展的主流机型,并占有95%以上的市场份额。同期发展的垂直轴风电机组,因为转轴过长、风能转换效率不高,启动、停机和变桨困难等问题,目前(截至2012年)市场份额很小、应用数量有限,但由于它的全风向对风和变速装置及发电机可以置于风轮下方(或地面)等优点,近年(截至2012年)来,国际上的相关研究和开发也在不断进行并取得一定进展。

    ②风电机组单机容量持续增大,利用效率不断提高。近年来(截至2012年),世界风电市场上风电机组的单机容量持续增大,世界主流机型已经从2000年的500~1000千瓦增加到2004年的2~3兆瓦,目前(截至2012年)世界上运行的最大风电机组单机容量为5兆瓦,并已开始10兆瓦级风机的设计与研发。

    ③海上风电技术成为发展方向。目前(截至2012年)建设海上风电场的造价师陆地风电场的1.7~2倍,而发电量则是路上风电场的1.4倍,所以其经济性仍不如陆地风电场,随着技术的不断发展,海上风电的成本会不断降低,其经济性也会逐渐凸显。

    ④变桨变速、功率调节结束得到广泛采用。由于变桨距功率调节方式具有载荷控制平稳、安全和高效等优点,在大型风电机组上得到了广泛采用。

    ⑤直驱式、全功率变流技术得到迅速发展。无齿轮箱的直取方式能有效地减少由于齿轮箱问题而造成的机组故障,可有效提高系统的运行可靠性和寿命,减少维护成本,因而得到了市场的青睐,市场份额不断扩大。

    ⑥新型垂直轴风力发电机。它采取了完全不同的设计理念,并采用了新型结构和材料,达到威风启动、无噪声、抗12级以上台风、不受风向影响等优良性能,可以大量用于别墅、多层及高层建筑、路灯等中小型应用场合。以它为主建立的风光互补发电系统,具有电力输出稳定、经济性高、对环境影响小等优点,也解决了太阳能发展中对电网的冲击等影响。

    相关文献

    参考资料
    [1]^引用日期:2015-07-25
    [2]^引用日期:2012-05-02
    扩展阅读
    1国际能源网
    2风能及参考文献
    开放分类 我来补充
    风能

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