可再生能源-风能的开发与利用

《可再生能源》--风能的开发与利用内容风能的概念世界风能的发展历史风力技术与系统中国风力发电发展风的形成风能是太阳能的一种表现形式，太阳能辐射的2％太阳照射到地球表面，地球表面不同的地形、地貌各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动，空气流动的结果就是风风与风能的形成成因：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，形成风。高低纬度的温度差异风速的描述风力等级风的名称陆地地面物的征象相应风速（km/h）(m/s)0无风大气稳静，炊烟直上10~0.21软风烟随风飘动，风向可辨，但风标不动1~50.3~1.52轻风脸有风感，树叶动，风标也动6~111.6~3.33微风树叶和细枝摇动，小旗展开12~193.4~5.44和风尘沙刮起，纸片飞舞，小树枝摇动20~285.5~7.95清风有小树摇动，池塘、沼泽水面掀起浪花29~388.0~10.76强风大树摇动，电线鸣叫，举伞困难39~4910.8~13.87疾风树身摇动，顶风行走极为困难50~6113.9~17.1风速的描述8大风小树枝折断，顶风行走极为困难62~7417.2~20.79烈风房屋发生轻微损毁（烟囱倒塌，房屋瓦片揭掉）75~8820.8~24.410狂风陆地少见，树木连根拔起，建筑物严重破坏89~10224.5~28.411暴风陆地极少，一旦发生必有重大损毁103~11728.5~32.612飓风陆地绝不，其摧毁力极大11732.6风的特点多变性——风速与风向总是在不断的变化，完全是随时间随机的变化规律性——随昼夜、季节变化，风速、风向产生变化高度——风速随高度的增加而变大地形地貌——对风速的影响狭管作用摩擦作用山谷风效应绕流作用风能的概念是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量。空气流具有的动能称风能。空气流速越高，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。风能的利用利用方式：机械能、风力发电有利因素：普遍性、持久性风力发电是一种干净的自然能源，没有环境污染的问题。风电技术日趋成熟，产品质量可靠，可用率已达95%以上，风力发电的经济性日益提高，发电成本已接近煤电，低于油电与核电风力发电场建设工期短，单台机组安装仅需几周，从土建、安装到投产，只需半年至一年时间不利因素：密度小、间歇性风能的利用形式风力提水。灌溉、磨面、舂米，用风帆推动船舶前进数千年来，风能技术发展缓慢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有了新的发展。科学家研究风力发电，电解水，产生氢气储存氢能，解决风的间歇性和电能量存储的问题风能资源地球风能约为2.74×109MW可利用风能为2×107MW，是地球水能的十倍只要利用上地球1%的风能就能满足全球能源的需要降低成本，提高产出，是普及风能发电必须克服的障碍风能密度通过截面积的风所含的能量，常以W/m2表示。风能密度与空气密度有直接关系一般，海边地势地，气压高，空气密度大，风能密度就高。高山气压低，空气稀薄，风能密度就小些。如果高山风速大、气温低仍有相当大的风能潜力。风能的计算风能密度的计算公式：风能ω=0.5ρν3A风能密度W=（ρ∑Niνi3）/（2N）式中W——平均风能密度，W/m2νi——等级风速，m/sNi——等级风速νi出现的次数N——各等级风速出现的总次数ρ——空气密度，kg/m3世界风能的发展历史人类开发利用风能的历史风帆助航、风力发电、风车提水风电路灯微型风力发电机风车欧洲利用风能的历史12世纪风车从中东传入欧洲。16世纪，荷兰人利用风车排水、与海争地，在低洼的海滩上建国立业。在蒸汽机出现之前，风力机械是动力机械的一大支柱，但因竞争不过蒸汽机、内燃机等而被淘汰。19世纪丹麦人首先研制了风力发电机。1891年，丹麦建成世界第一座风力发电站。20世纪70年代后，风力发电蓬勃发展。21世纪中叶，风能成为世界能源供应的支柱之一。世界各国的风力发电状况美国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瑞典、荷兰、英国、丹麦、德国、日本、西班牙，制定了相应的风力发电计划风力发电技术日趋受到世界各国的普遍重视。目前全世界风电装机容量达到490万千瓦，而且还在以年均60％的速度增长，反映了当今国际电力发展的一个新动向。预计２０２０年风电将进入每个欧洲家庭在整个欧洲创造300万个工作机会重振衰退的工业和不景气的行业创造几百万欧元的新能源市场使欧洲走上使用完全清洁能源供应系统之路，即安全、可靠和环境可持续发展提供比煤电和核电更廉价的能源我国利用风能的历史3000年前的商代：开始出现帆船唐代：“乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海”明代：郑和下西洋明代后：宋应星《天工开物》有：“扬郡以风帆数扇，俟风转车，风息则止”方以智著的《物理小识》有：“用风帆六幅，车水灌田，淮阳海皆为之”中国沿海沿江地区的风帆船和用风力提水灌溉或制盐的做法，一直延续到20世纪50年代中国风能发展需要制度创新中国风力资源丰富，但风电发展落后原因：缺乏透明、完整、可持续、有效力的风能政策和法律制度国家发改委制定的《可再生能源中长期发展规划》指出：到2020年中国风电装机容量将达到2000万瓦，要实现这一目标需要制度创新风力技术与系统微型风电机风机、蓄电池、控制器、逆变器大型风电机叶轮；传动系统；发电机；刹车系统；偏航系统；塔架；控制监测系统大型风电场并网供电风力发电系统的种类并网的风电系统涡轮风机产生电力进入交流变频系统转换为交流电网频率的交流电进入电网由于风电的输出功率不稳定风电场装机容量占所接入电网的比例不宜超5%-10%，且电网需配备一定的备用负荷独立的风电系统向用电负荷供电风力发电逆变器直流电蓄电池混合型风电系统风力发电+柴油机发电风力+（水电解制氢+氢能发电）风电技术的发展趋势单机容量增大风电机桨叶的变化桨叶长度增长，最长的叶片达50m桨叶叶形的优化设计桨叶的材料由玻璃纤维增强树脂强度高质量轻的碳纤维向柔性发展塔架高度上升控制技术的发展海上风力发电我国风力发电的发展中国的风能资源•大气环流的影响•海陆和水体的影响•地形对风能分布的影响•山脉•海拔•中小地形我国的风力资源我国探明风能理论储量为32.26亿KW可发利用为2.53亿KW，近海可利用风能7.5亿KW东南沿海是最大风能资源区，风能密度为200W/M2～300W/M2大于6m/s的风速时间，全年3000h以上就可取得较大经济利润效益中国地形特点我国的风力资源风能资源丰富的地区主要分布在西北、华北和东北的草原和戈壁，以及东部和东南沿海及岛屿西部地区的风能资源占全国风能资源的50%以上甘肃省实际可开发的风能储量为1143万kW青海省为2421万kW新疆维吾尔自治区为3433万kW内蒙古自治区为6178万kW。云南省和西藏自治区也有很多地区可以利用风能。我国风能资源区划风能丰富区东南沿海、山东半岛、辽东半岛三北地区松花江下游区风能较丰富区东南沿海内陆和渤海沿海区三北的南部区青藏高原风能可利用区两广沿海区大小兴安岭地区中部地区风能贫乏区川云贵和南岭山地区雅鲁藏布江和昌都区塔里木盆地西部区我国的风力资源利用160亿元风能发电计划即将启动，拟在全国范围选择20个10万千瓦以上的大型风电场国家发展改革委员会《关于开展全国大型风电场建设前期工作的通知》[发改办能源(2019)408]，季风气候是我国风力开发的优势冬季季风在华北长达6个月，东北长达7个月东南季风则遍及我国的东半壁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我国前列，年平均风速大于3m／s的天数在200天以上中国有效风能密度分布我国小型风力发电机组历年产量汇总表050001000015000200002500030000350001983年前198619891992199519982001生产量/台潜在市场及发展趋势西部大开发、提高边远地区农牧民生活水平，需要小风电1985年前生产的小型风力发电机组需要更新换代边远地区、海岛的部队驻军、边防哨所、微波站、气象台站、沿海和内陆湖泊养殖业没有常规电源的地方中国出口小型风电机的数量在逐年增加国家“光明工程”、“全球环境基金／ＧＥＦ世界银行中国可再生能源商业化促进项目”农业部、财政部设立的“农村小型公益设施建设补助资金农村能源项目”风电领域大有可为我国现有风电装机约为50万千瓦，如果以年平均40%的速度上升，到2020年，将能期望上升至1亿千瓦，即占2020年电力装机10亿千瓦的10%，占发电站总量的5%。风电技术已相当成熟，风电成本已具有市场竞争能力，在国外风电成本已下降到比火力发电略高一些，并仍在不断下降中。我国将能期望由西南地区的水电、东南沿海地区风电和东北西北地区的风电分别实现各个不同地区发展所需电力。