风能资源的开发与利用

中南大学 新能源概论论文

题目：风能的开发与利用 姓名：*** 学院：外国语学院 班级：1402班 学号：********** 2015年2月14日 风能的开发与利用 外语院 杜文齐 【摘要】：在不断持续的能源紧张中，不少人想到了新能源利用，风能作为一种清洁能源在环境日益恶化的今天更具有广阔的发展前景。本文从风能发展的历史背景、具体用途、我国的现实利用状况和开发的阻力出发，浅析风能这一新能源的无限潜力。 在有着“彩云之南”之称的云南的湛蓝天空下，给人印象最为深刻的就是这里的风。四周安静的时候，甚至能听到空气流动的声音。它从你的耳畔掠过，从你的指尖流过，胸中浊气涤荡一空，在一呼一吸之间，身心也轻盈起来。在这个空气清新、负氧离子浓密的地方，你可以自由自在地、毫无负担地呼吸。这清新除了缘于高原的气候特点之外，也与云南省清洁能源的大力发展，减少大气污染有关，以风能为代表的清洁能源在近年来正在快速发展。 风能具有悠久的利用历史，在蒸汽机发明以前，风能曾经作为重要的动力，用于船舶航行、提水饮用和灌溉、排水造田、磨面和锯木等,最早的利用方式是“风帆行舟”。我国是最旱使用帆船和风车的国家之一，至少在3000年前的商代就出现了帆船，唐代有“乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海”的诗句，可见那时风帆船已广泛用于江河航运。最辉煌的风帆时代是中国的明代，14世纪初叶中国航海家郑和七下西洋，庞大的风帆船队功不可没。明代以后，风车得到了广泛的使用，宋应星的《天工开物》一书中记载有：“扬郡以风帆数扇，俟风转车，风息则止”，这是对风车的一个比较完善的描述。我国风 帆船的制造已领先于世界。方以智著的《物理小识》记载有：“用风帆六幅，车水灌田，淮阳海皆为之”，描述了当时人们已经懂得利用风帆驱动水车灌田的技术。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，仅在江苏沿海利用风力提水的设备曾达20万台。 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，在低洼的海滩地上建国立业，逐渐发展成为一个经济发达的国家。今天，荷兰人将风车视为国宝，北欧国家保留的大量荷兰式的大风车，已成为人类文明史的见证。在蒸汽机出现之前，风力机械是动力机械的一大支柱，其后随着煤、石油、天然气的大规模开采和廉价电力的获得，各种曾经被广泛使用的风力机械，由于成本高、效率低、使用不方便等，无法与蒸汽机、内燃机和电动机等相竞争，渐渐被淘汰。 而今，在这个属于可再生能源的世纪，风能作为一种清洁，安全，可再生的绿色能源，对于人类社会可持续发展具有重要意义，因而它具有极大的推广价值和发展潜力。现今调整能源结构、减少温室气体排放、缓解环境污染、加强能源安全已成为国内外关注的热点，我国也对可再生能源的利用,特别是风能开发利用也给予了高度重视。我国风能资源总量约42亿千瓦，技术可开发量约3亿千瓦。目前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效益。风能与其他能源相比，有其明显的优点：蕴量巨大、可以再生、分布广泛、没有污染。 风能和阳光一样，是取之不尽、用之不竭的再生能源；风力发电没有燃料问题，不会产生辐射或二氧化碳公害，也不会产生辐射或空气污染；而且从经济的角度讲，风力仪器比太阳能仪器要便宜九成多。中国风能储量很大、分布面广，甚至比水能还要丰富。合理利用风能，既可减少环境污染，又可减轻越来越大的能源短缺的压力。 我国风能资源具有得天独厚的蕴藏优势。我国位于亚欧大陆的东部,濒临世界最大的大洋——太平洋,强烈的海陆差异,在我国形成世界上最大的季风区。加上辽阔的国土面积,复杂的地形,从而形成我国丰富的风能资源。而且在陆地上，我国风能资源丰富的地区主要集中在北部、西北和东北的草原、戈壁滩以及东部、东南部的沿海地带和岛屿上。这些地区缺少煤炭及其它常规能源，并且冬春季节风速高，雨水少；夏季风速小，降雨多，风能和水能具有非常好的季节补偿。另外，在中国内陆地区，由于特殊的地理条件，有些地区具有丰富的风能资源，适合发展风电。比如江西省都阳湖地区以及湖北省通山地区。 海上有丰富的风能资源和广阔平坦的区域，使得近海风力发电技术成为研究和应用的热点。在海洋上方面，我国海上风能资源储量远大于陆地风能，储量10m高度可利用的风能资源超过7亿kW，而且距离电力负荷中心很近。上海已开始海上风力发电项目的建设，到2010年，上海的风力发电总装机容量将达到200-300兆瓦。为达到这一目标，中国第一座长距离跨海大桥东海大桥两侧将建成中国内地首个海上风力发电场。海上发电是国际风力发电产业发展的新领域， 是未来的发展方向。 目前，我国在风能利用方面与国际水平还存在一定差距，但是发展很快，在规模和水平上都有很大提高。 统计显示：截至2010年底，中国全年风力发电新增装机达1600万千瓦，累计装机容量达到4182．7万千瓦，首次超过美国，跃居世界第一。随着我国特高压电网及智能电网的提高，预计在2015年左右我国风电并网能力将超过90GW，其中我国将在西北地区包括甘肃、新疆及内蒙省份及地区幵展GW级风电场的建设。据《中国风电发展报告2010》预测，2020年中国风电累计装机容量可以达到2．3亿千瓦，相当于13个三峡电站；总发电量可以达到4649亿千瓦时，相当于取代200个火电厂。尤其是在甘肃酒泉风电基地的建设，大大加快了我国风电利用的步伐。 2008年8月，甘肃酒泉千万千瓦级风电基地建设全面启动，这标志着我国正式步入了打造“风电三峡”工程阶段。这是国家继西气东输、西油东输、西电东送和青藏铁路之后，西部大开发的又一标志性工程。 冬日的酒泉瓜州县，一排排银白色的风力发电机在碧蓝色天空的映衬下，显得蔚为壮观，分外醒目。位于甘肃省河西走廊西端的酒泉市是中国风能资源丰富的地区之一，境内的瓜州县被称为“世界风库”，玉门市被称为“风口”。据气象部门最新风能评估结果表明，酒泉风能资源总储量为1.5亿千瓦，可开发量4000万千瓦以上，可利用面积近1万平方公里。10米高度风功率密度均在每平方米250-310 瓦以上，年平均风速在每秒5.7米以上，年有效风速达6300小时以上，年满负荷发电小时数达2300小时，无破坏性风速，对风能利用极为有利，适宜建设大型并网型风力发电场。为此，国家在2008年批准了酒泉千万千瓦级风电基地规划。 而今，酒泉市现已建起中国第一个千万千瓦级超大型风电基地，为中国最重要的风电基地。在甘肃酒泉风电基地玉门风电场一片绚丽的晚霞中，风车在日落余晖的映衬下显出动人魅力，绚丽的晚霞映红天际，美景如画。目前，甘肃酒泉风电基地装机容量达605万千瓦，安装风机3773台。截至2014年底，酒泉风光电并网装机920万千瓦。其中,风电800万千瓦, ,节约标准煤1355.2万吨,减少二氧化碳排放4094.3万吨,减少二氧化硫排放14万吨,减少氮氧化物排放7万吨。 风能利用主要是将大气运动时所具有的动能转化为其他形式的能，其具体用途也是多样的： 1 风力发电 利用风力发电已越来越成为风能利用的主要形式，受到世界各国的高度重视，而且发展速度最快。风力发电通常有三种运行方式。一是独立运行方式，通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力，它用蓄电池蓄能，以保证无风时的用电。二是风力发电与其他发电方式（如柴油机发电）相结合，向一个单位或一个村庄或一个海岛供电。三是风力发电并入常规电网运行，向大电网提供电力；常常是一处风场安装几十台甚至几百台风力发电机，这是风力发电的主要发展方向。 风力发电的优越性可归纳为三点：第一，建造风力发电场的费用低廉，比水力发电厂、火力发电厂或核电站的建造费用低得多；第二，不需火力发电所需的煤、油等燃料或核电站所需的核材料即可产生电力，除常规保养外，没有其他任何消耗；第三，风力是一种洁净的自然能源，没有煤电、油电与核电所伴生的环境污染问题。 2 风帆助航 风能最早的利用方式是“风帆行舟”。埃及尼罗河上的风帆船、中国的木帆船，都有两三千年的历史记载。唐代有“乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海”诗句，可见那时风帆船已广泛用于江河航运。最辉煌的风帆时代是中国的明代，14世纪初叶中国航海家郑和七下西洋，庞大的风帆船队功不可没。 在机动船舶发展的今天，为节约燃油和提高航速，古老的风帆助航也得到了发展。航运大国日本已在万吨级货船上采用电脑控制的风帆助航，节油率达15％。 3 风力提水 1000多年前，中国人首先发明了风车，用它来提水、磨面，替代繁重的人力劳动。风力提水自古至今一直得到较普遍的应用。20世纪下半时，为解决农村、牧场的生活、灌溉和牲畜用水以及为了节约能源，风力提水机有了很大的发展。现代风力提水机根据用途分为两类：一类是高扬程小流量的风力提水机，它与活塞泵相配，提取深井地下水，主要用于草原、牧区，为人畜提供饮水；另一类是低扬程大流量的风力提水机，它与螺旋泵相配，提取河水、湖水或海水，主 要用于农田灌溉、水产养殖或制盐。 4 风力致热 随着生活水平的提高，家庭用热能的需要越来越大，特别是在高纬度的欧洲、北美取暖、烧水是耗能大户。为解决家庭及低品位工业热能的需要，风力致热有了较大的发展。 风力致热”是将风能转换成热能。目前有三种转换方法。一是风力机发电，再将电能通过电阻丝发热，变成热能。虽然电能转换成热能的效率是100％，但风能转换成电能的效率却很低，因此从能量利用的角度看，这种方法是不可取的。二是由风力机将风能转换成空气压缩能，再转换成热能，即由风力机带动一离心压缩机，对空气进行绝热压缩而放出热能。三是将风力机直接转换成热能。显然第三种方法致热效率最高。风力机直接转换热能也有多种方法。最简单的是搅拌液体致热，即风力机带动搅拌器转动，从而使液体（水或油）变热。“液体挤压致热”是用风力机带动液压泵，使液体加压后再从狭小的阻尼小孔中高速喷出而使工作液体加热。此外还有固体摩擦致热和涡电流致热等方法。 我国利用风能的历史较为久远，风能的利用途径多样，主要有风力助燃、风力航海、风力灌溉等利用途径。其中，就风力灌溉而言，我国国土面积辽阔，南北之间气候变化较明显，利用风力灌溉方法不同。东南沿海、辽东半岛及海上岛均等地区风能资源及地表水源丰富，主要通过借助风力设施抽提地表水进行农业灌溉。与沿海地区不同，西部风能资源丰富地区主要包括内蒙、甘肃以及黄河冲积平原等周边