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捕风捉能新热潮

作者:LunWen 来源:中华论文网-免费论文下载 加入时间:2005-9-20

太阳光照射到地球上,由于辐射能量不均、地球表面吸热能力不同,便引起各处气温的差异,冷热空气形成对流,这就是风。


风,从古至今,吹得土地黄沙莽莽,吹得“一川碎石大如斗,随风满地石乱走”。特别是强烈风暴,刮得天昏地暗,毁坏房屋,中断交通,给人类带来灾难。然而,这猛烈、怒吼的风,唤起了人类对它的驯服,让它顺应人的意志,为人类服务。


风作为能源,很早就被人类所开发利用了。早在2000多年以前,人类开始利用风的“神力”带动风车引水灌田、碾米磨面,既简便易行,又经济实惠。在交通运输方面,风帆船的诞生,使世界航运航海事业,欣欣向荣,为世界文明发展,建立了卓著功勋。可是,自从蒸气机问世以来,帆船和风车就开始走下坡路。到了近代,特别是石油和煤作为主要能源被广泛开发利用以来,风能几乎被人们遗忘了。


然而,随着科学技术的发展,随着世界性能源危机的日趋严重,特别是1973-1974年全球石油涨价,80年代初的石油危机,1991年初海湾争夺石油战争的爆发,同时,以煤、石油和铀作为燃料,又面临严重的环境污染;而水力发电为了建水库,有时还要占农田,搬迁居民,代价昂贵。因而,可再生、无污染的风能利用又在世界各国崛起。


近年来,世界各国都在开发风能。例如,日本的风帆船“新爱德丸”,自80年代,开始在沿海水域航行运输;荷兰重新成为世界风车的王国;丹麦多年来依靠风力,不仅缓和了能源紧张的矛盾,而且成为世界最大的风车生产国;英国对风能寄予很大期望,近年,英国的风力发电至少能满足本国20%的电力需要;美国自1974年开始执行联邦风能规划,至今拥有风力发电机组 2000万台以上,总装机容量已达 2 000兆瓦以上。


目前各国大力开发风能的原因有三:


1.能源问题已成为当今世界瞩目的大事。煤、石油、天然气等常规能源发生危机,供不应求,不久即将枯竭,因此,各国都在大力开发太阳能、生物能、核能、氢能等新能源。


2.风能为太阳能的一种形式,只要太阳不灭,它就取之不尽,用之不竭。据估计全世界可利用的风能约为10亿千瓦,比水利资源多10倍。光陆地上的风能就相当于目前全部火力发电量的一半。


3.投资少,建成后使用价廉,且无污染。


因此,古老的风能焕发了青春,必将成为最有希望的能源之一。有人说:“来之即可用,用后去无踪,做功不受禄,世代无尽穷”。


那么,现在怎样利用风能呢?目前世界各国主要有两种利用方式:


1.采用风力机械设备,把风能转变成机械能,直接为人们所利用,像风力提水灌溉、饮牲畜。


2.采用风力发电设备,把风能转变为机械能,然后再将机械能转变成电能,这就是风力发电。


不过,新一代的风力机与老式的风力机相比,有着独特的优点,这主要表现为:抗风暴的能力强,耐久可靠;可自动调节功能,采用计算机控制转速;运用近代航空技术,机械效率大大提高。新型风轮机非常灵巧,采用高科技的玻璃纤维制成,具有先进的变速装置和电子控制装置。稍大一些的风轮机还有长达5米,甚至更长的叶片。目前,最新型的风轮机每转可发电300-750千瓦,而其体积大小只相当于普通火力发电的千分之一。


发展风力发电,储能是关键,因为风是间歇性的。简单的办法是用蓄电池。强风时发出的电输入其中,风不足时,再借助蓄电池带动直流电机并带动发电机发电,但几百瓦的还可以,上千瓦的,甚至更大的,此法实为不便。另一种办法是抽水法。强风时带动抽水机,将水抽到高处的水库,电力不足时,再把水库的水放出来,通过水力发电来补充。目前,科学家正在研究压缩空气储能和超导体储能等方法,一旦成功,多变的风将更加有效地被人类所使用,给人们送来光明和温暖。


巨大的风车,在运行中要受到空气动力、重力和惯性力的作用,很容易产生破坏性振动。近年来新崛起的非金属复合材料,它重量轻,强度高,抗疲劳,耐腐蚀,可解决桨叶问题。


据统计,全世界现今约有25000台风轮机,总的发电量已经达到 5 000兆瓦。其中,美国加里福尼亚州就有 1700兆瓦的电力,足够满足旧金山市的用电需求量。美国北卡罗来纳州的蓝岭山上,建起的世界最大的风力电站,装机容量为 2000千瓦,可满足附近7个县总用电量的20%。美国能源研究与发展局宣称,到21世纪初,风力发电将达200亿度,占全国总发电量的10%左右。洛克希德航空公司甚至认为:若采用5万4千台巨型风力发电机组,可提供1995年美国所需发电量的l/5。


欧洲是目前全球风轮机应用、发展最迅速的地区,其中尤以德国最为突出。德国现已拥有成千上万台银色闪光的风轮机,分布在萨克森平原及其沿海地区,从而使德国的风能发电工业成倍增长。目前,德国风轮机的发电量已达到1000多兆瓦,足够勒苏益格、荷尔斯泰因州5%的用电量。在其他欧洲国家中,丹麦、英国、荷兰和西班牙等国,也不甘落后。专家们预计,如果风能发电仍将以目前的速度发展的话,在未来的10年中,风能将成为欧洲的主要能源。


在亚洲,对风能进行开发利用的热潮始于1994年,其中尤以印度的发展最为迅速。目前,印度已成为继德国之后全球第二大拥有风能发电设备的国家。据统计在1995年初,印度风能的总发电量已达到300兆瓦。


我国的风力资源十分丰富,仅次于俄罗斯和美国,居世界第三位。20世纪50年代,我国开始研究风力发电,已研制出风力发电机和风力拉水机。近年来,功率在千瓦以下的家用微型风力发电机,已在北京、内蒙、新疆、青海、山西、浙江等地成批生产。


我国幅员辽阔,海岸线长,风力资源十分丰富。据有关气象资料表明,我国大部分省、市、自治区,都有雄厚的风力资源,尤其是西南边疆。沿海地带和东北、西北、华北地区,终年多风,有的地方一年内1/3的时间是大风天。有人粗略估计,我国风能总储量为16亿千瓦,其中可以利用的占10%。


我国风能的分布大致可分四个区:


l.风能最佳区:指风速3米/秒以上超过半年。6米/秒以上超过2200小时的地区。包括西北的克拉玛依、甘肃的敦煌、内蒙的二连等地,沿海的大连。威海、嵊泗、舟山、平潭一带。


2.风能较佳区:指一年内风速超过 3米/秒在 4000小时以上,6米/秒以上的多于1500小时的地区。包括西藏高原的班戈地区。唐古拉山,西北的奇台、塔城,华北北部的集宁、锡林浩特、乌兰浩特;东北的嫩江、牡丹江、营口以及沿海的塘沽、烟台、莱州湾、温州一带。


3.风能可利用区:指一年内风速大于6米/秒的时间为 1000小时,风速3米/秒以上,超过3000小时的地区。包括新疆的乌鲁木齐、吐鲁番、哈密、甘肃的酒泉、宁夏的银川以及太原、北京、沈阳、济南、上海、合肥等地区。


以上这三类地区大约占全国总面积2/3左右,其他1/3的地区风能是不容易利用的。


1991年,中德合资在浙江省舟山群岛中的峰泅列岛北端青沙乡李柱山上,建设起发电能力300千瓦的风力发电试验场棗泗礁风力田。风力田由10台风力发电机组成,每台机组由一支高达10余米的绿色粗水泥柱及柱顶端架设的一架白色喷气式飞机似的风力发电机组成。机头有两叶螺旋桨,每叶长约5米。机身与螺旋桨均由质轻而坚、韧性极强的白色塑料薄膜板制成。随着风向的变化,机头同步迎风转动。因此,泅礁风力田赢来了“新能源岛”的美誉。


新疆的风能资源也很丰富,仅次于浙江和内蒙古,居全国第三位。新疆的风持续时间长(年在100天以上),分布广(15万平方公里),风力大(12级大风频繁在各风口发生),已初步探明的风能资源年发电量可达900亿千瓦。近年来已在乌鲁木齐市郊区的柴窝堡风区,已建成我国最大的风力发电厂,装机容量为 4000千瓦,已投入运转发电机组容量为2105千瓦。年发电量可达700万度。


风能资源的利用在我国已初具规模。一是目前有 8000余架传统风车,主要用于提水灌溉和晒盐。二是用于发电的风力机由1976-1986年的13台增加到目前的7万多台。内蒙古锡林郭勒盟1983年底就已安装微型风力发电机540多台,目前发展到700多台。西藏那曲地区也已引进和安装了几十台小型风力发电机。此外,在浙江嵊泗、笠山,北京八达岭等地建成三个风力发电试验站,先后安装10千瓦以下机组9台。目前,我国主要以50瓦、100瓦、1000瓦、2000瓦的微型和小型风力发电为主,正在全国推广。再加太阳能、沼气等新能源的应用和推广,为我国农村能源开辟了美好前景。据农业部透露:我国已有478万农(牧)户、1800多万农村人口用上了风能和沼气新能源。在今后10-15年内,风力发电将在我国东南沿海、“三北”地区及青藏高原等地基本普及,并将开发风力田,以获得更多能源。


关于风能利用的前景,联合国1979年发表的《能源报告丛刊》中,提出了十分诱人的数字。 1985年装机容量 5×105千瓦,年发电量为1.5×109 度;1990年,装机容量为1×107千瓦,年发电量为3×1010度;2000年,装机容量 2×108千瓦,年发电量为 9×1011度。


目前,尽管风能所能提供的电量还不足全球总发电量的0.l%,但它将会很快成为人类可靠的动力来源之一。从理论上说,位于美国平原地区3个州的风能电量足以满足整个美国的电力需求;同样,中国内蒙古、浙江、新疆的风能资源所发生的电量,也可以满足整个中国的需求。预计,在未来的20年中,数以万计的风轮机将会出现在世界风能资源丰富的地区,并能满足这些地区用电需求量的20%-30%。