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风能

日期:2018-08-13    点击:286    查看原图    全部展开
简介:









 
能源中心说明
   概述
风能(wind energy)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。到2008年为止,全世界以风力产生的电力约有 94.1 百万千瓦,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。现代利用涡轮叶片将气流的机械能转为电能而成为发电机。在中古与古代则利用风车将蒐集到的机械能用来磨碎谷物或抽水。风力被使用在大规模风农场为全国电子栅格并且在小各自的涡轮为提供电在被隔绝的地点。折叠编辑本段历史文化人类利用风能的历史可以追溯到公元前,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,单是德克萨斯州和南达科他州两州的风能密度就足以供应全美国的用电量。风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。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。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、
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。折叠编辑本段政治经济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。台湾
台湾的苗栗县后龙镇好望角因位处滨海山丘制高点,早年就是眺望台湾海峡的好去处,近几年外商在邻近区域,设置了21座高100米的风力发电机,形成美不胜收的景致。该公司在2003年,看中苗栗沿海冬天强劲东北季风,着手在后龙、竹南等地设立风力发电机,其中后龙成立了大鹏风力发电场,建置21座风机,发电总装置容量达4.2万瓩,是目前全台容量最大的风场,2006年6月竣工启用后,俨然成为观光新景点,吸引不少人前往探访。好望角位在半天寮顶端居高临下,向北可看到4、5座风机,往南也可望见3、4座风机,加上海线铁路从山下行经,面临宽阔的台湾海峡,风景相当引人入胜,也成为欣赏风力发电机最佳景点之一。折叠主要技术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,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。目前建设海上风电场的造价是陆地风电场的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,今年来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,达到微风启动、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。折叠各国鼓励政策风力发电自80年代开始受到欧美各国重视以来,至今全球风电发电量以每年30%的惊人速度快速成长。世界各国的再生能源推动制度,主要可分为:固定电价系统(fixed-price systems):由政府制订再生能源优惠收购电价,由市场决定数量。其主要之方式包括:1.设备补助(investment subsidies):丹麦、德国及西班牙等在风力发电发展初期,皆采行设备补助的方式2.固定收购价格(fixed feed-in tariffs):德国、丹麦及西班牙3.固定补贴价格(fixed-premium systems)4.税赋抵减(tax credits):美国固定电量系统(fixed quantity systems ):又称再生能源配比系统(renewable-quota system ,美国称为 Renewable Portfolio Standard),由政府规定再生能源发电量,由市场决定价格。其主要之方式包括:1.竞比系统(tendering systems):英国、爱尔兰及法国2.可交易绿色凭证系统(tradable green certificate systems):英国、瑞典、比利时、意大利及日本两种推动制度之用意为形成保护市场,透过政府的力量让再生能源于电力市场上更具投资效益,而其最终目的为提升技术与降低成本,以确保再生能源未来能于自由市场中与传统能源竞争。折叠世界风能行业发展前景德意志银行最新发布的研究报告预计,全球风电发展正在进入一个迅速扩张的阶段,风能产业将保持每年20%的增速,到2015年时,该行业总产值将增至目前水平的5倍。从目前的技术成熟度和经济可行性来看,风能最具竞争力。从中期来看,全球风能产业的前景相当乐观,各国政府不断出台的可再生能源鼓励政策,将为该产业未来几年的迅速
发展提供巨大动力。根据预计,未来几年亚洲和美洲将成为最具增长潜力的地区。中国的风电装机容量将实现每年30%的高速增长,印度风能也将保持每年23%的增长速度。印度鼓励大型企业进行投资发展风电,并实施优惠政策激励风能制造基地,目前印度已经成为世界第5大风电生产国。而在美国,随着新能源政策的出台,风能产业每年将实现25%的超常发展。在欧洲,德国的风电发展处于领先地位,其中风电设备制造业已经取代汽车制造业和造船业。在近期德国制定的风电发展长远规划中指出,到2025年风电要实现占电力总用量的25%,到2050年实现占总用量50%的目标。而一直以来在风能领域处于领先地位的欧洲国家增长速度将放慢,预计在2015年前将保持每年15%的增长速度。其中最早发展风能的国家如德国、丹麦等陆上风电场建设基本趋于饱和,下一步主要发展方向是海上风电场和设备更新。英国、法国等国仍有较大潜力,增长速度将高于15%的平均水平。目前,德国仍然是全球风电技术最为先进的国家。德国风电装机容量占全球的28%,而德国风电设备生产总额占到全球市场的37%。在国内市场逐渐饱和的情况下,出口已成为德国风电设备公司的主要增长点。德国政府将通过价格补贴等手段支持该行业通过技术创新保持领头羊地位。今年,德国将再次修订《可再生能源法》,将海上风电场入网补贴价格从每千瓦时9.1欧分提高到14欧分。在中国,2006年国家发改委会、科技部、财政部等8部门联合出台了《“十一五”十大重点节能工程实施意见》。依据十项节能重点工程的标准以及政府支持环保节能产业的政策导向,未来工业设备节能更新改造、建筑节能、节油及石油替代以及可再生能源这几大节能领域将获得快速发展。目前,根据行业杂志《风能世界》载录,中国市场最热的可再生能源,比如风能、太阳能等产业。风能资源则更具有可再生、永不枯竭、无污染等特点,综合社会效益高。而且,风电技术开发最成熟、成本最低廉。根据“十一五”国家风电发展规划,2010年全国风电装机容量达到500万千瓦,2020年全国风电装机容量达到3000万千瓦。而2006年底,全国已建成和在建的约91个风电场,装机总容量仅260万千瓦。可见,风机市场前景诱人,发展空间广阔。根据发改委能源研究所探测计算,中国陆地70米高度3级及3级以上风能技术开发量超过26亿千瓦,在现有风电技术条件下实际可装机容量将超过10亿千瓦,另外水深不超过50米的近海海域风电实际装机容量大致在5亿千瓦左右。2012年国内累计装机不到1亿千瓦,可见国内在现有风电技术条件下,大规模发展风电的前景依然巨大。风电资源多集中于“三北”(东北、华北和西北)地区,其中内蒙古的东蒙和西蒙、新疆哈密、甘肃酒泉、河北坝上、吉林西部和江苏近海等7个千万千瓦级风电基地风能资源最为丰富,50米高度3级以上风能资源的潜在开发量月18.5亿千瓦,可装机容量月5.57亿千瓦,若考虑70米及以上高度和风电技术进步情况,可装机容量还将大幅增加。中国陆地和近海风能资源潜在开发量
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