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風(fēng)能

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風(fēng)能(Wind energy source)

目錄

什么是風(fēng)能[1]

  風(fēng)能是指地球表面大量空氣流動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能。風(fēng)的產(chǎn)生是由于地面接受太陽(yáng)輻射后氣溫變化不同和空氣中水蒸氣的含量不同引起各地氣壓的差異,導致高壓區的空氣向低壓區流動(dòng)。

風(fēng)能的歷史

  人類(lèi)利用風(fēng)能的歷史可以追溯到公元前。我國是世界上最早利用風(fēng)能的國家之一。公元前數世紀我國人民就利用風(fēng)力提水、灌溉、磨面、舂米,用風(fēng)帆推動(dòng)船舶前進(jìn)。埃及尼羅河上的風(fēng)帆船、中國的木帆船,都有兩三千年的歷史記載。唐代有“乘風(fēng)破浪會(huì )有時(shí),直掛云帆濟滄?!痹?shī)句,可見(jiàn)那時(shí)風(fēng)帆船已廣泛用于江河航運。到了宋代更是我國應用風(fēng)車(chē)的全盛時(shí)代,當時(shí)流行的垂直軸風(fēng)車(chē),一直沿用至今。

  在國外,公元前2世紀,古波斯人就利用垂直軸風(fēng)車(chē)碾米。10世紀伊斯蘭人用風(fēng)車(chē)提水,11世紀風(fēng)車(chē)在中東已獲得廣泛的應用。13世紀風(fēng)車(chē)傳至歐洲,14世紀已成為歐洲不可缺少的原動(dòng)機。在荷蘭風(fēng)車(chē)先用于萊茵河三角洲湖地和低濕地的汲水,其風(fēng)車(chē)的功率可達50馬力,以后又用于榨油和鋸木。到了十八世紀二十年代,在北美洲風(fēng)力機被用來(lái)灌溉田地和驅動(dòng)發(fā)電機發(fā)電。從1920年起,人門(mén)開(kāi)始研究利用風(fēng)力機作大規模發(fā)電。1931年,在蘇聯(lián)的Crimean Balaclava建造了一座100KW容量的風(fēng)力發(fā)電機,這是最早商業(yè)化的風(fēng)力發(fā)電機。

風(fēng)能的優(yōu)缺點(diǎn)[2]

風(fēng)能的優(yōu)點(diǎn)

  1、取之不盡、用之不竭風(fēng)能是太陽(yáng)能的一種轉化形式,據專(zhuān)家估算在全球邊界層內,風(fēng)能總量為1.3×1015W,一年中約有1.14×1016kW·h的能量,這相當于目前全世界每年所燃燒能量的3000倍左右。

  2、就地可取,無(wú)需運輸風(fēng)能本身是免費的,就地取材開(kāi)發(fā)風(fēng)能是解決偏遠地區和少數民族聚居區能源供應的重要途徑。

  3、分布廣泛,分散使用若將lOm高處、密度大于150~200w/m2的風(fēng)能作為有利用價(jià)值的風(fēng)能,則全世界2/3的地區具備這樣有價(jià)值的風(fēng)能。風(fēng)力發(fā)電系統可大可小,因此便于分散使用。

  4、不污染環(huán)境,不破壞生態(tài)風(fēng)能在開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中不會(huì )給空氣帶來(lái)污染,也不破壞生態(tài),是一種清潔安全的能源。

風(fēng)能的缺點(diǎn)

  1、能量密度低空氣的密度僅是水的1/773,當風(fēng)速為3m/s時(shí),能量密度僅為0.02kW/m2。相同流速下,要獲得與水同樣的功率,風(fēng)輪直徑要相當于水輪的27.8倍。因此風(fēng)能是一種能量密度極稀的能源,單位面積上僅獲很少的能量。

  2、能量不穩定風(fēng)能是一種隨機能源,其強度每時(shí)每刻都在不斷變化之中,這種不穩定性給使用帶來(lái)一定難度。

風(fēng)能的利用[3]

  風(fēng)能利用歷史悠久,我國是世界上最早利用風(fēng)能的國家之一。風(fēng)能是利用風(fēng)力機將風(fēng)能轉化為電能、熱能、機械能等各種形式的能量,用于發(fā)電、提水、助航、致冷和致熱等。

  1、風(fēng)力發(fā)電

  風(fēng)力發(fā)電通常有三種運行方式:一是獨立運行方式,它用蓄電池蓄能,以保證無(wú)風(fēng)時(shí)的用電;二是風(fēng)力發(fā)電與其他發(fā)電方式相結合;三是風(fēng)力發(fā)電并入常規電網(wǎng)運行。近十年來(lái),全球的風(fēng)電發(fā)展迅速,自1995年以來(lái),世界風(fēng)能發(fā)電以每年48.7%的速率增長(cháng),即幾乎增加近0.5倍。去年年底全球裝機容量為13932MW(5個(gè)半核電廠(chǎng)),自20世紀90年代以來(lái),全球風(fēng)電的增長(cháng),每年為40%(和移動(dòng)電話(huà)的成長(cháng)可媲美),僅德國去年一年就裝了1568MW(半個(gè)核電廠(chǎng)),超過(guò)了其他傳統發(fā)電的總和。

  2、風(fēng)力泵水

  從古至今一直得到較普遍的應用?,F代風(fēng)力泵水機根據用途可以分為兩類(lèi):一類(lèi)是高揚程小流量的風(fēng)力泵水機,它與活塞泵相配提取深井地下水,主要用于草原、牧區,為人畜提供飲水;另一類(lèi)是低揚程大流量的風(fēng)力泵水機,它與螺旋泵相配提取河水、湖水或海水,主要用于農田灌溉、水產(chǎn)養殖或制鹽。

風(fēng)能的效益[4]

  風(fēng)力機發(fā)電的真正價(jià)值到底是什么?盡管聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單,但這是一個(gè)難于回答的問(wèn)題??梢詮牟煌慕嵌葋?lái)考察風(fēng)電的價(jià)值,這使對風(fēng)電價(jià)值的評價(jià)變得很復雜。如果從國家的角度來(lái)評估風(fēng)電的效益,除了所獲得的單純產(chǎn)能之外,通過(guò)清潔環(huán)境友好能源技術(shù)發(fā)電的效益也應該定量地加到風(fēng)電的價(jià)格上。其他能源技術(shù)涉及的隱性社會(huì )成本也應該算作風(fēng)能的效益。

  如果從電力公司的角度來(lái)評估其效益,風(fēng)電的價(jià)值主要取決于其在一天中的什么時(shí)間是可利用的。對向當地電網(wǎng)銷(xiāo)售所生產(chǎn)電力的私人投資者,銷(xiāo)售價(jià)格決定了其收益。風(fēng)力機業(yè)主可能會(huì )部分或者全部使用風(fēng)力發(fā)出的電能來(lái)滿(mǎn)足其自身的能源需求,否則他必須從電網(wǎng)以零售價(jià)格購買(mǎi)電力,對他而言,風(fēng)能的效益可以用當地的主導能源價(jià)格來(lái)評價(jià)。風(fēng)能效益在不同的地方會(huì )有巨大不同,例如,德國的電力價(jià)格比英國更高,因此德國的風(fēng)電利潤更多。

  風(fēng)能的效益還可以用被風(fēng)力機替換的其他能源技術(shù)的發(fā)電成本來(lái)評價(jià)。例如,如果用風(fēng)力機來(lái)替代柴油發(fā)動(dòng)機,那么可以考慮將柴油發(fā)電的度電成本做為風(fēng)電的價(jià)值。

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參考文獻

  1. 翟文明主編.地理常識全知道 超值白金版.中國華僑出版社,2011.01.
  2. 齊寶森,呂宇鵬,徐淑瓊編.21世紀新型材料.化學(xué)工業(yè)出版社,2011.07.
  3. 齊寶森,呂宇鵬,徐淑瓊編.21世紀新型材料.化學(xué)工業(yè)出版社,2011.07.
  4. (印度)馬修(Mathew,S.)著(zhù);許鋒飛譯.風(fēng)能原理、風(fēng)資源分析及風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)濟性.機械工業(yè)出版社,2011.05.


  

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