風能

風能

風能,(wind energy),是因空氣流動做功而提供給人類的一種可利用的能量,空氣流動具有的動能稱風能。風能資源受地形的影響較大,世界風能資源多集中在沿海和開闊大陸的收縮地帶,如美國的加利福尼亞州沿岸和北歐一些國家,中國的東南沿海、內蒙古、新疆和甘肅一帶風能資源也很豐富。

基本信息

簡介

風力發電廠風力發電廠

風能是因空氣流動做功而提供給人類的一種可利用的能量,空氣流動具有的動能稱風能,空氣流速越快,動能越大。人們可以用風車把風的動能轉化為鏇轉的動作去推動發電機,以產生電力,方法是透過傳動軸,將轉子(由以空氣動力推動的扇葉組成)的鏇轉動力傳送至發電機。

到2008年為止,全世界以風力供應的電力已超過全世界用量的1%。風能雖然對大多數國家而言還不是主要的能源,但在1999年到2005年之間已經成長了四倍以上。2011年全球風能發電累計238千兆瓦,比2009年增長了21%。

特點

風能量是豐富、近乎無盡、廣泛分布、乾淨與緩和溫室效應。存在地球表面一定範圍內。經過長期測量,調查與統計得出的平均風能密度的概況稱該範圍內能利用的依據,通常以能密度線標示在地圖上。

來源

是地球上的一種自然現象,它是由太陽輻射熱引起的。太陽照射到地球表面,地球表面各處受熱不同,產生溫差,從而引起大氣的對流運動形成風。風能就是空氣的動能,風能的大小決定於風速和空氣的密度。全球的風能約為2.74X109MW,其中可利用的風能為2X107MW,比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍。空氣流動所形成的動能及為風能。風能是太陽能的一種轉化形式。太陽的輻射造成地球表面受熱不均,引起大氣層中壓力分布不均,空氣沿水平方向運動形風。風的形成乃是空氣流動的結果。

歷史

人類利用風能的歷史可以追溯到公元前。中國是世界上最早利用風能的國家之一。公元前數世紀中國人就利用風力提水、灌溉磨麵舂米,用風帆推動船舶前進。到了宋代更是中國套用風車的全盛時代,當時流行的垂直軸風車,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車碾米。10世紀伊斯蘭人用風車提水,11世紀風車在中東已獲得廣泛的套用。13世紀風車傳至歐洲,14世紀已成為歐洲不可缺少的原動機。在荷蘭風車先用於萊茵河三角洲湖地和低濕地的汲水,以後又用於榨油和鋸木。只是由於蒸汽機的出現,才使歐洲風車數目急劇下降。

但數千年來,風能技術發展緩慢,沒有引起人們足夠的重視。但自1973年世界石油危機以來,在常規能源告急和全球生態環境惡化的雙重壓力下,風能作為新能源的一部分才重新有了長足的發展。風能作為一種無污染和可再生的新能源有著巨大的發展潛力,特別是對沿海島嶼,交通不便的邊遠山區,地廣人稀的草原牧場,以及遠離電網和近期內電網還難以達到的農村、邊疆,作為解決生產和生活能源的一種可靠途徑,有著十分重要的意義。即使在已開發國家,風能作為一種高效清潔的新能源也日益受到重視,比如:美國能源部就曾經調查過,單是德克薩斯州南達科他州兩州的風能密度就足以供應全美國的用電量。

經濟性

在美國,無論是在海岸還是陸地,都有豐富的風力資源。在美國,無論是在海岸還是陸地,都有豐富的風力資源。

利用風來產生電力所需的成本已經降低許多,即使不含其他外在的成本,在許多適當地點使用風力發電的成本已低於燃油的內然機發電了。2003年美國的風力發電成長就超過了所有發電機的平均成長率。自2004年起,風力發電更成為在所有新式能源中已是最便宜的了。在2005年風力能源的成本已降到1990年代時的五分之一,而且隨著大瓦數發電機的使用,下降趨勢還會持續。

利用概述

據估計到達地球的太陽能中雖然只有大約2%轉化為風能,但其總量仍是十分可觀的。全球的風能約為1300億千瓦,比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍。
人類利用風能的歷史可以追溯到公元前。古埃及、中國、古巴比倫是世界上最早利用風能的國家之一。公元前利用風力提水、灌溉、磨麵、舂米,用風帆推動船舶前進。由於石油短缺,現代化帆船在近代得到了極大的重視。到了宋代更是中國套用風車的全盛時代,當時流行的垂直軸風車,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車碾米。10世紀伊斯蘭人用風車提水,11世紀風車在中東已獲得廣泛的套用。13世紀風車傳至歐洲,14世紀已成為歐洲不可缺少的原動機。在荷蘭風車先用於萊茵河三角洲湖地和低濕地的汲水,以後又用於榨油和鋸木。只是由於蒸汽機的出現,才使歐洲風車數目急劇下降。
數千年來,風能技術發展緩慢,也沒有引起人們足夠的重視。但自1973年世界石油危機以來,在常規能源告急和全球生態環境惡化的雙重壓力下,風能作為新能源的一部分才重新有了長足的發展。風能作為一種無污染和可再生的新能源有著巨大的發展潛力,特別是對沿海島嶼,交通不便的邊遠山區,地廣人稀的草原牧場,以及遠離電網和近期內電網還難以達到的農村、邊疆,作為解決生產和生活能源的一種可靠途徑,有著十分重要的意義。即使在已開發國家,風能作為一種高效清潔的新能源也日益受到重視。
美國早在1974年就開始實行聯邦風能計畫。其內容主要是:評估國家的風能資源;研究風能開發中的社會和環境問題;改進風力機的性能,降低造價;主要研究為農業和其他用戶用的小於100kw的風力機;為電力公司及工業用戶設計的兆瓦級的風力發電機組。美國已於80年代成功地開發了100、200、2000、
風能路燈
2500、6200、7200kw的6種風力機組。目前美國已成為世界上風力機裝機容量最多的國家,超過2X104MW,每年還以10%的速度增長。
現在世界上最大的新型風力發電機組已在夏威夷島建成運行,其風力機葉片直徑為97.5m,重144t,風輪迎風角的調整和機組的運行都由計算機控制,年發電量達1000萬kw·h。根據美國能源部的統計至1990年美國風力發電已占總發電量的1%。在瑞典、荷蘭英國、丹麥、德國、日本、西班牙,也根據各自國家的情況制定了相應的風力發電計畫。如瑞典1990年風力機的裝機容量已達350MW,年發電10億kw·h。
丹麥在1978年即建成了日德蘭風力發電站,裝機容量2000kw,三片風葉的掃掠直徑為54m,混凝土塔高58m,預計到2005年電力需求量的10%將來源於風能。德國1980年就在易北河口建成了一座風力電站,裝機容量為3000kw,到本世紀末風力發電也將占總發電量的8%。英國,英倫三島瀕臨海洋,風能十分豐富,政府對風能開發也十分重視,到1990年風力發電已占英國總發電量的2%。
在日本,1991年10月輕津海峽青森縣的日本最大的風力發電站投人運行,5颱風力發電機可為700戶家庭提供電力。中國位於亞洲大陸東南、瀕臨太平洋西岸,季風強盛。季風是中國氣候的基本特徵,如冬季季風在華北長達6個月,東北長達7個月。東南季風則遍及中國的東半壁。根據國家氣象局估計,全國風力資源的總儲量為每年16億kw,近期可開發的約為1.6億kw,內蒙古、青海黑龍江甘肅等省風能儲量居中國前列,年平均風速大於3m/s的天數在200天以上。
中國風力機的發展,在50年代末是各種木結構的布篷式風車,1959年僅江蘇省就有木風車20多萬台。到60年代中期主要是發展風力提水機。70年代中期以後風能開發利用列入“六五”國家重點項目,得到迅速發展。進入80年代中期以後,中國先後從丹麥、比利時、瑞典、美國、德國引進一批中、大型風力發電機組。在新疆、內蒙古的風口及山東、浙江、福建、廣東的島嶼建立了8座示範性風力發電場。1992年裝機容量已達8MW。新疆達坂城的風力發電場裝機容量已達3300kw,是全國目前最大的風力發電場。至1990年底全國風力提水的灌溉面積已達2.58萬畝。1997年新增風力發電10萬kw。目前中國已研製出100多種不同型式、不同容量的風力發電機組,並初步形成了風力機產業。儘管如此,與已開發國家相比,中國風能的開發利用還相當落後,不但發展速度緩慢而且技術落後,遠沒有形成規模。在進入21世紀時,中國應在風能的開發利用上加大投入力度,使高效清潔的風能能在中國能源的格局中占有應有的地。
全球風能產業的發展歷經了幾次興衰交替終於峰迴路轉,將要迎來新一輪的熱潮。
2013年對於全球風能產業來說無疑是個打擊,但其中也不乏可圈可點之處。
在美國,風能產業最繁盛的當屬德克薩斯州,這裡已經擁有了1.24萬兆瓦的風電裝機量。風能對該州電網的貢獻也與日俱增。
中國,在2010年已經實現超越美國的風電產能,成為世界規模最大的風能生產國。中國還計畫新增39兆瓦的海上風電開發規模。
此外,在亞洲其他地區,風力發電項目也都在如火如荼地進行。如巴基斯坦,2013年的風電裝機總量比2012年增加1倍,增至100兆瓦,隨著2014年上線的兩個50兆瓦的風能項目落實,裝機總量將會再翻一番。同樣,泰國也在2013年使本國風電裝機總量增加1倍,達到220兆瓦。而菲律賓在2014年竣工的7個項目,把該國的風電裝機產能擴大到了450兆瓦的,增長達13倍之多。
可見,經過2013年的蟄伏,還有2014年的蓄力,全球風能產業將再次迎來發展的熱潮,甚至創造出新的紀錄。

風的能量

地球吸收的太陽能有1%到3%轉化為風能,總量相當於地球上所有植物通過光合作用吸收太陽能轉化為化學能的50到100倍。上了高空就會發現風的能量,那有時速超過160公里的強風。這些風的能量最後因和地表及大氣間的摩擦力而以各種熱能方式釋放。

風的成因

因太陽照射極地和赤道的不均勻使得地表的不受熱;地表溫的速度較海面快;大氣中同溫層如同天花板的效應加速了氣體的對流;季節的變化;科氏效應;月亮的反射比率共同形成了風。

風能提取

風能可以通過風車來提取,當風吹動風輪時,風力帶動風輪繞軸鏇轉,使得風能轉化為機械能。而風能轉化量直接與空氣密度、風輪掃過的面積和風速的平方成正比。

風力的分級

中國內蒙古自治區輝騰錫勒風力發電廠。中國內蒙古自治區輝騰錫勒風力發電廠。

風之強弱程度,通常用風力等級來表示,而風力的等級,可由地面或海面物體被風吹動之情形加以估計之。目前國際通用之風力估計,系以蒲福風力級為標準。蒲福氏為英國海軍上將,於1805年首創風力分級標準。先僅用於海上,後亦用於陸上,並屢經修訂,乃成今日通用之風級。實際風速與蒲福風級之經驗關係式為:

V= 0.836 * (B^ (3/2))

B為蒲福風級數,V為風速(單位:米/秒)

一般而言,風力發電機組起動風速為2.5米/秒,臉上感覺有風且樹葉搖動情況下,就已開始運轉發電了,而當風速達28~34米/秒時,風機將會自動偵測停止運轉,以降低對受體本身之傷害。

風能套用

發電
帆船
抽水(地下水海水)與灌溉
磨坊

優缺點

優點

1.風能為潔淨的能量來源。
2.風能設施日趨進步,大量生產降低成本,在適當地點,風力發電成本已低於發電機。
3.風能設施多為不立體化設施,可保護陸地和生態。
4.風力發電是可再生能源,很環保。

缺點

我國風能資源的分布我國風能資源的分布
1.風力發電在生態上的問題是可能幹擾鳥類,如美國堪薩斯州的松雞在風車出現之後已漸漸消失。目前的解決方案是離岸發電,離岸發電價格較高但效率也高。
2.在一些地區、風力發電的經濟性不足:許多地區的風力有間歇性,必須等待壓縮空氣等儲能技術發展。
3.風力發電需要大量土地興建風力發電場,才可以生產比較多的能源。
4.進行風力發電時,風力發電機會發出龐大的噪音,所以要找一些空曠的地方來興建。
5.現在的風力發電還未成熟,還有相當發展空間。

2012年4月,科學期刊《自然氣候變化》的研究指出,風車發電廠可致當地氣溫上升0.7攝氏度,這一數字足以影響當地天氣與氣候。研究人員在2003到2011年對德州的大風車農場周圍的氣溫分析發現,氣溫升高速度約為0.72攝氏度每10年。大量的熱量來自於農場生產生活產生的熱能以及風力發電機的渦輪機組運動產生的機械湍流。

世界風能的情況.

經濟價值
利用風來產生電力所需的成本已經降低許多,即使不含其他外在的成本,在許多適當地點使用風力發電的成本已低於燃油的內然機發電了。風力發電年增率在2002年時約25%,現在則是以38%的比例快速成長。2003年美國的風力發電成長就超過了所有發電機的平均成長率。自2004年起,風力發電更成為在所有新式能源中已是最便宜的了。在2005年風力能源的成本已降到1990年代時的五分之一,而且隨著大瓦數發電機的使用,下降趨勢還會持續。
西班牙

位於西班牙東北方Aragon的La Muela,總面積為143.5平方公里。1980年起,新任市長看好充沛的東北風資源而極力推動風力發電。近20年來,已陸續建造450座風機(額定容量為237MW),為地方帶來豐富的利益。當地政府並藉此規劃完善的市鎮福利,吸引了許多人移居至此,短短5年內,居民已由4,000人增加到12,000人。La Muela已由不知名的荒野小鎮變成眾所皆知的觀光休閒好去處。

法國
另法國西北方的Bouin原本以臨海所產之蚵及海鹽著名,2004年7月1日起,8座風力發電機組正式運轉,這8座風機與蚵、海鹽三項,同時成為此鎮之觀光特色,吸引大批遊客從各地湧進參觀,帶來豐沛的觀光收入。

風力發電的發展

前十個風力發電量國家(2010年)

國家

風電裝機容量(兆瓦)

中國 44,733
美國 40,180
德國 27,215
西班牙 20,676
印度 13,066
義大利 5,797
法國 5,660
英國 5,204
加拿大 4,008
丹麥 3,734

發展趨勢

①水平軸風電機組技術。因為水平軸風電機組具有風能轉換效率高、轉軸較短在大型風電機組上更突顯了經濟性等優點,使它成為世界風電發展的主流機型,並占有95%以上的市場份額。同期發展的垂直軸風電機組,因為轉軸過長、風能轉換效率不高,啟動、停機和變槳困難等問題,目前(截至2012年)市場份額很小、套用數量有限,但由於它的全風向對風和變速裝置及發電機可以置於風輪下方(或地面)等優點,近年(截至2012年)來,國際上的相關研究和開發也在不斷進行並取得一定進展。

②風電機組單機容量持續增大,利用效率不斷提高。近年來(截至2012年),世界風電市場上風電機組的單機容量持續增大,世界主流機型已經從2000年的500~1000千瓦增加到2004年的2~3兆瓦,目前(截至2012年)世界上運行的最大風電機組單機容量為5兆瓦,並已開始10兆瓦級風機的設計與研發。

③海上風電技術成為發展方向。目前(截至2012年)建設海上風電場的造價師陸地風電場的1.7~2倍,而發電量則是路上風電場的1.4倍,所以其經濟性仍不如陸地風電場,隨著技術的不斷發展,海上風電的成本會不斷降低,其經濟性也會逐漸凸顯。

④變槳變速、功率調節結束得到廣泛採用。由於變槳距功率調節方式具有載荷控制平穩、安全和高效等優點,在大型風電機組上得到了廣泛採用。

⑤直驅式、全功率變流技術得到迅速發展。無齒輪箱的直取方式能有效地減少由於齒輪箱問題而造成的機組故障,可有效提高系統的運行可靠性和壽命,減少維護成本,因而得到了市場的青睞,市場份額不斷擴大。

⑥新型垂直軸風力發電機。它採取了完全不同的設計理念,並採用了新型結構和材料,達到威風啟動、無噪聲、抗12級以上颱風、不受風向影響等優良性能,可以大量用於別墅、多層及高層建築、路燈等中小型套用場合。以它為主建立的風光互補發電系統,具有電力輸出穩定、經濟性高、對環境影響小等優點,也解決了太陽能發展中對電網的衝擊等影響。

自然資源分類導航

自然資源,一定時間條件下,能夠產生經濟價值以提高人類當代和未來福利的自然環境因素的總和。
能源 再生能源 綠色能源 新能源
土地資源 海洋資源 水資源 地下水
礦產資源 礦物 旅遊資源

盤點世界上的綠色能源

綠色”能源有兩層含義:一是利用現代技術開發乾淨、無污染新能源,如太陽能風能潮汐能等;二是化害為利,同改善環境相結合,充分利用城市垃圾淤泥等廢物中所蘊藏的能源。據《衛報》2009年6月10日報導,昨天,中國發改委副主任張曉強表示,中國正計畫在未來10年內大幅增加對風能太陽能的利用,並堅信到2020年在綠色能源的使用上趕上歐洲先進水平,使可再生能源的使用比例占到總能源的20%。

新能源種類

而新近才被人類開發利用、有待於進一步研究發展的能量資源稱為新能源
新能源通常指核能太陽能風能地熱能氫氣

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