環(huán)境保護(hù)與新能源第6次課-風(fēng)能講述

風(fēng)能及其利用主要內(nèi)容3.1風(fēng)能基本知識(shí)3.2風(fēng)能資源與風(fēng)能利用概況3.3風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理3.4風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行方式3.5風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀與展望3.1風(fēng)能基本知識(shí)一、風(fēng)的形成地球上風(fēng)的運(yùn)動(dòng)風(fēng)是地球外表大氣層由于太陽(yáng)的熱輻射而引起的空氣流動(dòng)；大氣壓差是風(fēng)產(chǎn)生的根本原因。二、風(fēng)的能量1、產(chǎn)生能量的基本要素：風(fēng)具有一定的質(zhì)量和速度。2、風(fēng)能的一些主要特性參數(shù)：

(1)風(fēng)能：空氣運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能稱(chēng)為“風(fēng)能”。

(2)風(fēng)能密度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)單位截面積的風(fēng)能。

(3)風(fēng)速與風(fēng)級(jí)：風(fēng)速就是空氣在單位時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離，國(guó)際上的單位是米／秒或千米／小時(shí)。分13級(jí).

(4)風(fēng)向與風(fēng)頻：通常把風(fēng)吹來(lái)的地平方向定為風(fēng)的方向，即風(fēng)向。風(fēng)頻是指風(fēng)向的頻率，即在一定時(shí)間內(nèi)某風(fēng)向出現(xiàn)的次數(shù)占各風(fēng)向出現(xiàn)總次數(shù)的百分比.

(5)風(fēng)的測(cè)量：風(fēng)的測(cè)量?jī)x器主要有風(fēng)向器、杯形風(fēng)速器和三杯輕便風(fēng)向風(fēng)速表等。一個(gè)給定地點(diǎn)一段時(shí)間內(nèi)各種方向出現(xiàn)的頻率。風(fēng)向玫瑰圖風(fēng)級(jí)、風(fēng)速與浪高對(duì)照表1、大城市2、城市及多樹(shù)農(nóng)村3、平原、沿海典型分布山谷風(fēng)海陸風(fēng)3.2、風(fēng)能資源與風(fēng)能利用概況（一）世界風(fēng)力資源分布全球大氣中總的風(fēng)能量約為1014MW，其中蘊(yùn)藏的可被開(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能約有3.5×109MW，這比世界上可利用的水能大10倍。世界風(fēng)能資源評(píng)估一、風(fēng)能資源的分布（二）我國(guó)風(fēng)力資源分布全國(guó)風(fēng)能儲(chǔ)量約4.83×109MW

，可開(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能資源總量達(dá)2.53億kw。主要分布在新疆、內(nèi)蒙古等北部地區(qū)和東部至南部沿海地帶及島嶼。二、風(fēng)能資源的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可再生偏遠(yuǎn)山區(qū)、海濱、居民分散的無(wú)電或少電地區(qū)，風(fēng)能資源豐富清潔，不破壞環(huán)境，不影響生態(tài)平衡較易轉(zhuǎn)化為機(jī)械能缺點(diǎn)：不穩(wěn)定，需儲(chǔ)能設(shè)備風(fēng)能密度比較低受地形物形影響大三、風(fēng)能的利用風(fēng)能利用的內(nèi)因與外因風(fēng)能利用已有幾千年的歷史由于它的缺點(diǎn)使得它不能規(guī)模化利用現(xiàn)在技術(shù)問(wèn)題解決，使得風(fēng)力發(fā)電逐步發(fā)展起來(lái)經(jīng)濟(jì)危機(jī)、能源安全等問(wèn)題給了風(fēng)能等可再生能源發(fā)展的機(jī)會(huì)，現(xiàn)在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是可再生能源中最完善的，風(fēng)電在歐洲所占比例逐步上升。亞洲國(guó)家最重視風(fēng)能的是印度和中國(guó)?？稍偕茉吹慕诎l(fā)展方向是以風(fēng)力為主我國(guó)新疆達(dá)坂、內(nèi)蒙風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是最先進(jìn)的，有國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目風(fēng)力豐富＋對(duì)土地的占用少＋不受晝夜影響＋存在廣泛＋政府重視＋解決就業(yè)，使風(fēng)能發(fā)展越來(lái)越快什么樣的風(fēng)能可以利用？年平均風(fēng)速6m/s：風(fēng)能資源豐富區(qū)。建設(shè)大型風(fēng)電場(chǎng)，并網(wǎng)發(fā)電年平均風(fēng)速>4.5m/s：風(fēng)能資源豐富區(qū)年平均風(fēng)速在4～4.5m/s：基本相當(dāng)于風(fēng)能資源豐富區(qū)年平均風(fēng)速在3～4m/s：利用價(jià)值較高，有前景一般風(fēng)速為3m/s以上：能發(fā)電，我國(guó)這樣的地區(qū)分布廣泛年平均風(fēng)速<2m/s：目前還沒(méi)有什么利用價(jià)值。

除了破壞性極大的風(fēng)（如臺(tái)風(fēng)、龍卷風(fēng)）絕大多數(shù)風(fēng)速在2米/秒以上的風(fēng)能都是可以利用的。

5000年前埃及古畫(huà)上的帆船古代波斯和中國(guó)的垂直軸風(fēng)車(chē)荷蘭水平軸風(fēng)車(chē)中世紀(jì)的歐洲風(fēng)車(chē)磨坊美國(guó)農(nóng)場(chǎng)風(fēng)車(chē)草原上的風(fēng)電場(chǎng)1、風(fēng)力發(fā)電發(fā)展簡(jiǎn)史起源：世界上第1臺(tái)用于發(fā)電的風(fēng)力機(jī)于1891年在丹麥建成。發(fā)展：風(fēng)電技術(shù)經(jīng)過(guò)20年的開(kāi)發(fā)日臻成熟，商業(yè)化機(jī)組的單機(jī)容量從55kW增加到1650kW，風(fēng)電成本從20美分/（kW·h），持續(xù)下降到5美分/（kW·h）運(yùn)行可靠性和發(fā)電成本接近常規(guī)火電，迅速發(fā)展成為初具規(guī)模的新興產(chǎn)業(yè)。目前風(fēng)力機(jī)之最為美國(guó)CE公司的“超級(jí)風(fēng)力機(jī)”，單機(jī)功率為7.3MW，風(fēng)車(chē)直徑為112m。2、世界風(fēng)電現(xiàn)狀世界風(fēng)電總裝機(jī)容量1994年底為350萬(wàn)kW，1995年底為490萬(wàn)kw，1996年底為607萬(wàn)kW，1997年為764萬(wàn)kw，1998年達(dá)1015萬(wàn)kW，1999年達(dá)1393萬(wàn)kw，2001年達(dá)1845萬(wàn)kw，2001年達(dá)2493萬(wàn)kw．2002年達(dá)到了112.7kW，平均年增長(zhǎng)率在30％以上。到2001年底，全世界風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量達(dá)到24930Mw。其中：德國(guó)8730Mw，居世界第1位；美國(guó)4250Mw，居世界第2位；西班牙3550Mw，居世界第3位；丹麥2460Mw，居世界第4位。在此期間，發(fā)展中國(guó)家以印度的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)發(fā)展最快，到2001年底達(dá)到1460Mw，居世界第5位。世界能源委員會(huì)預(yù)計(jì)，全世界到2020年風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量可達(dá)18億—47億kw。3、世界風(fēng)電發(fā)展預(yù)測(cè)世界風(fēng)電在加速發(fā)展，裝機(jī)容量每年以近30％的速度遞增。按照德國(guó)風(fēng)電發(fā)展計(jì)劃，2010年，風(fēng)電電量占總發(fā)電量的12.5％；到2050年，將占到50％。丹麥的風(fēng)電電量2003年占全國(guó)總發(fā)電量的18％，規(guī)劃到2030年，風(fēng)電將占總發(fā)電量的50％。西班牙、英國(guó)和法國(guó)也加快了風(fēng)電的發(fā)展。4、我國(guó)風(fēng)電現(xiàn)狀從中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)獲悉，到今年上半年我國(guó)有40多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，裝機(jī)容量約為76.4萬(wàn)千瓦，風(fēng)電裝機(jī)容量?jī)H占全國(guó)裝機(jī)容量的0.17%。2004年全國(guó)在建項(xiàng)目的裝機(jī)容量約150萬(wàn)千瓦，其中正在施工的約42萬(wàn)千瓦，可研批復(fù)的68萬(wàn)千瓦，項(xiàng)目建議書(shū)批復(fù)的45萬(wàn)千瓦，包括五個(gè)10萬(wàn)千瓦特許權(quán)項(xiàng)目。如果這些項(xiàng)目抓緊實(shí)施，2005年底累計(jì)裝機(jī)超過(guò)了100萬(wàn)千瓦。5、我國(guó)風(fēng)電造價(jià)從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，全國(guó)風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)比常規(guī)水電和火電廠高出許多，新疆常規(guī)火電上網(wǎng)平均電價(jià)在0.25元/千瓦時(shí)左右，而風(fēng)電則平均達(dá)到0.6元/千瓦時(shí)以上。而風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)約在2000至3000小時(shí)左右，僅為火電的一半。另外，雖然風(fēng)電單位千瓦平均造價(jià)已從10000元降到8000元左右，但仍遠(yuǎn)高于火電的4000元/千瓦造價(jià)，建設(shè)一座裝機(jī)10萬(wàn)千瓦的風(fēng)電場(chǎng)，約需8億元以上，而建設(shè)同樣規(guī)模的火電廠約為4至5億元。

一、風(fēng)力機(jī)的分類(lèi)：1、按風(fēng)輪軸與地面的相對(duì)位置，可分為水平軸式和垂直軸式。2、按風(fēng)輪相對(duì)于塔架的位置，分為上風(fēng)式和下風(fēng)式；3、按葉片數(shù)量，分為單葉片、雙葉片、三葉片、四葉片和多葉片式。4、從葉片型式上分，有螺旋槳式、H型、S型等；5、按葉片的工作原理分，則有升力型和阻力型的區(qū)別。6、以風(fēng)力機(jī)的容量分，則有微型(1kW以下)、小型(1—10kW)、中型(10—100kW)和大型(100kw以上)機(jī)。3.3、風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理風(fēng)力機(jī)——將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能二、風(fēng)力機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)風(fēng)輪直徑：通常風(fēng)力機(jī)的功率越大，直徑越大；葉片數(shù)目：高速發(fā)電用風(fēng)力機(jī)為2—4片，低速風(fēng)力機(jī)大于4片；葉片材料：現(xiàn)代常采用高強(qiáng)度低密度的復(fù)合材料；風(fēng)能利用系數(shù)：一般為0.15—0.5之間；啟動(dòng)風(fēng)速：一般為3—5m/s;停機(jī)風(fēng)速：通常為15—35m/s;輸出功率：現(xiàn)代風(fēng)力機(jī)一般為幾百千瓦—幾兆瓦；另外還有塔架高度等等。1、水平軸力風(fēng)機(jī)特點(diǎn)：風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪軸與地面呈水平狀態(tài)組成：一般由風(fēng)輪增速器、調(diào)速器、調(diào)向裝置、塔架等部件組成，大中型風(fēng)力機(jī)還有自動(dòng)控制系統(tǒng)。應(yīng)用：這種風(fēng)力機(jī)的功率從幾十千瓦到數(shù)兆瓦，是日前最具有實(shí)際開(kāi)發(fā)價(jià)值的風(fēng)力機(jī)：類(lèi)型：傳統(tǒng)風(fēng)車(chē)、低速風(fēng)力機(jī)及高速風(fēng)力機(jī)等3大類(lèi)型。水平軸力風(fēng)機(jī)圖2、垂直軸風(fēng)力機(jī)特點(diǎn)：風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸與地面呈垂直狀態(tài)。形式：s型、H型、Ф型等。應(yīng)用：雖然目前垂直軸風(fēng)力機(jī)尚未大量商品化，但是它有許多特點(diǎn)，如不需大型塔架、發(fā)電機(jī)可安裝在地面上、維修方便及葉片制造簡(jiǎn)便等，研究日趨增多，各種形式不斷出現(xiàn)各種形式的垂直軸風(fēng)力機(jī)。H型風(fēng)力機(jī)圖Ф型風(fēng)力機(jī)圖(二)風(fēng)力機(jī)的組成及各部件的功用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)圖1、風(fēng)輪；2、傳動(dòng)裝置；3、塔架；4、尾舵；5、調(diào)速機(jī)構(gòu)；6、發(fā)電機(jī)；7、蓄電池中大風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基本結(jié)構(gòu)1、輪轂（安裝葉片）；2、傳動(dòng)系統(tǒng)；3、齒輪箱；4、剎車(chē)系統(tǒng)；5、發(fā)電機(jī)；6、塔架；7、風(fēng)速風(fēng)向儀低楊程風(fēng)力提水機(jī)圖1、風(fēng)輪；2、傳動(dòng)裝置；3、尾舵；4、船頭座機(jī)回轉(zhuǎn)體；5、塔架；6、螺旋水泵；7、低水源；8、出水池；9、停車(chē)機(jī)構(gòu)1、葉片；2、葉柄；3、輪轂；4、風(fēng)輪軸1、平板型；2、弧板型；3、流線型流線型葉片的結(jié)構(gòu)與材料位于加州AltamontPass之φ型轉(zhuǎn)子(a)荷蘭四葉片式風(fēng)車(chē)：荷蘭過(guò)去世紀(jì)中數(shù)以千計(jì)大幅運(yùn)用，今日僅有少數(shù)地方看見(jiàn)。效率低(7%)且輸出功率小，約僅10馬力(hp)常見(jiàn)的三種風(fēng)車(chē)的型式(b)美國(guó)多葉片型風(fēng)車(chē)：可靠度高，且在小風(fēng)力情況下仍能操作，20世紀(jì)時(shí)大量用于汲水灌溉(c)雙葉片型風(fēng)力機(jī)：今日大量使用的原型機(jī)。

1、葉片2、風(fēng)輪4、剎車(chē)5、低速軸6、齒輪箱7、發(fā)電機(jī)8、控制器9、風(fēng)速計(jì)10、尾舵11、機(jī)艙12、高速軸13、14調(diào)向15、塔架風(fēng)力發(fā)電特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì):1、安全可靠，成本日漸降低；2、不消耗資源、不污染環(huán)境；3、建設(shè)周期一般很短；4、裝機(jī)規(guī)模靈活；5、運(yùn)行簡(jiǎn)單；6、實(shí)際占地少；7、對(duì)土地要求低；8、在發(fā)電方式上還有多樣化的特點(diǎn)。3.4風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行方式一、獨(dú)立運(yùn)行方式（離網(wǎng)）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出的電能經(jīng)蓄電池蓄能，再供應(yīng)用戶使用，如需要交流電，則要加逆變器。切換同時(shí)1、概念

在風(fēng)能資源良好的地區(qū)，將幾十臺(tái)、幾百臺(tái)或幾千臺(tái)單機(jī)容量從數(shù)十kw、數(shù)百kw直至Mw級(jí)以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組按一定的陣列布局方式成群安裝而組成的風(fēng)力發(fā)電機(jī)群體，稱(chēng)為風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，簡(jiǎn)稱(chēng)風(fēng)電場(chǎng)。風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)屬于大規(guī)模利用風(fēng)能的方式，其發(fā)出的電能全部經(jīng)變電設(shè)備送往大電網(wǎng)。（二）風(fēng)電場(chǎng)南澳風(fēng)場(chǎng)一景

海上風(fēng)電站約60米高的風(fēng)機(jī)在地上投下巨大的倒影坎上的滿井風(fēng)場(chǎng)，以風(fēng)光聞名風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一扇葉片發(fā)電機(jī)的風(fēng)扇葉被人們組裝在一起吊車(chē)正在組裝發(fā)電機(jī)機(jī)身發(fā)電機(jī)葉片即將裝在高大的機(jī)身上工人們陸續(xù)安裝好其它海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝機(jī)規(guī)模世界第一；風(fēng)電發(fā)展十分普及；德國(guó)政府計(jì)劃，到2010年要使新能源占總裝機(jī)容量的10％，2050年時(shí)達(dá)到50％。(1)德國(guó)-世界風(fēng)電領(lǐng)頭羊風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀與展望(2)美國(guó)-風(fēng)電產(chǎn)業(yè)大步前進(jìn)中1997年前一直是雄居世界第一的風(fēng)電大國(guó)，到2001年底，美國(guó)風(fēng)電總裝機(jī)為4250MW，居世界第2位。近兩年美國(guó)又開(kāi)始重視風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展，加大支持力度，將舊機(jī)更新?lián)Q代，并制定了雄心勃勃的技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃，最終日標(biāo)是要將風(fēng)電電價(jià)降到2.5美分/wh。目前聯(lián)邦政府規(guī)定，可再生能源每發(fā)1kwh電可減1.5美分的稅。1998年6月，議會(huì)提出“可再生能源有價(jià)證券法規(guī)”(RP5)，規(guī)定新能源必須在電力發(fā)電來(lái)源中占有一定比例，使得風(fēng)力發(fā)電在總發(fā)電量中所占比重有可能從1998年的2％提高到2010年的5.5％。(3)丹麥-世界風(fēng)機(jī)生產(chǎn)基地世界上最大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)國(guó)，產(chǎn)量占世界60％以上，在其出口產(chǎn)業(yè)中占第二位；1999年丹麥風(fēng)電總裝機(jī)達(dá)1740MW，其發(fā)電量巳占全國(guó)總量的10％；2030年將達(dá)5500MW，發(fā)電量將占全國(guó)近50％，其中海上風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)將達(dá)4000MW。丹麥政府計(jì)劃，未來(lái)新能源(主要是風(fēng)電和生物質(zhì)能)將提供75％以上的能源供應(yīng)，燃煤發(fā)電將逐漸淘汰。南澳地處臺(tái)灣海峽西南端喇叭口，風(fēng)力資源豐富，風(fēng)電場(chǎng)年平均風(fēng)速達(dá)8.54米/秒，年有效風(fēng)速時(shí)數(shù)超過(guò)7000小時(shí)，有效風(fēng)能密度達(dá)1011瓦/平方米，風(fēng)況屬世界最佳之列，是我國(guó)少有的可以大規(guī)模開(kāi)發(fā)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的地域之一。已安裝風(fēng)力機(jī)132臺(tái),總裝機(jī)容量達(dá)570MW,年發(fā)電量達(dá)1.4億千瓦時(shí),成為亞洲海島最大的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng);目前，總裝機(jī)容量達(dá)75.5MW的兩個(gè)大型風(fēng)電項(xiàng)目正在建設(shè)中，投資22億多元的3個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目已投入前期工作。1、廣東省南澳風(fēng)電場(chǎng)南澳風(fēng)電場(chǎng)圖2、達(dá)坂城風(fēng)力發(fā)電一場(chǎng)

達(dá)坂城風(fēng)力發(fā)電一場(chǎng)位于蘭新鐵路及烏喀公路一側(cè)，達(dá)坂城谷地，年平均風(fēng)速8.1m/s。新疆水利廳1986年成立新疆風(fēng)能公司、新疆風(fēng)能研究所、新疆新風(fēng)科工貿(mào)有限責(zé)任公司“三位一體”的高科技實(shí)體。1989年建成了當(dāng)時(shí)亞洲最大的大型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，并成功地高質(zhì)量運(yùn)行管理至今，新疆金風(fēng)科貿(mào)公司現(xiàn)裝機(jī)42臺(tái)，總?cè)萘?8.4MW。大阪城風(fēng)電場(chǎng)圖3、輝騰錫勒風(fēng)電場(chǎng)

輝騰錫勒風(fēng)電場(chǎng)是1995年成立的風(fēng)電企業(yè)。場(chǎng)址位于內(nèi)蒙中旗，海拔2010～2131m，風(fēng)速7.4～8.2m/s。規(guī)劃容量1200MW，年發(fā)電量33億千瓦時(shí)。現(xiàn)裝機(jī)72臺(tái)，總?cè)萘?2.7MW。股東：龍?jiān)措娏瘓F(tuán)公司(50%)輝騰錫勒風(fēng)電