大型桥梁的风能利用可行性研究

大型桥梁的风能利用可行性研究提纲前言主题一风能简介二风力机简介三桥梁简介四国内外在大型桥梁对风能利用的况五大型桥梁对风能利用的意义总结前言随着经济的发展，煤炭、石油等资源短缺的形势越来越紧张，目前及今后很长的一段时期内我国的电力的需求与供应将会持续存在较大的缺口，因此，发展可再生能源发电成为缓解资源紧张局面的必要途径，我国风力资源丰富，再生能源中的风力发电是当前现实的选择，随着发达国家对二氧化碳减排义务的承诺,风力发电受到了许多国家的重视,成为未来能源的重要来源。风力发电包含两个能量转换过程：即风力机将风能转换为机械能和发电机将机械能转换为电能。这就有了必要的条件：一：安装风力机；二：有足够的风能来带动风力机。安装风力机有很多要求：确定当地的主风向,风力机应安装在主风向的上风头。例:内蒙古大部分地区盛行西北风,那么风力机应安装在房屋的西北方向,以减少房屋对风的遮挡作用。②同时要求在风力机的上风头尽量没有其他房屋或树木等障碍物的存在。③尽量避免风的紊流的影响,紊流是风在流经粗糙地表或障碍物而引起风速风向的急剧变化而造成的。紊流造成风力机输出功率减小并引风力机振动,造成噪音和影响使用寿命。为了避免紊湍流的影响,风力机应安装在相对开阔无遮挡地方,离开房屋一定距离。④风力机风轮高度范围内的风速垂直切变要小,风速的垂直切变是指在高度方向各个层面的风速不同,这是由于地形和地面粗糙度所引起的,垂直切变使风轮叶片受到分布不均匀的力的作用,容易造成风轮损坏。为了避免风速垂直切变对风轮的影响,应选择合适的风力机安装高度。根据桥梁位置较高、架空和所处空间开阔等特征，可把桥梁作为风力机的载体，如果在安装风力机后桥梁的性能依旧能够符合各项参数指标，那么桥梁的作用将得到更一步的提升，也将更全面的利用桥梁的空间。主题一：风能简介风力发电机简介国际上利用风力发电是本世纪发展壮大起来的，随着风电技术不断进步，容量逐步增大，单机容量已达几百千瓦，并有兆瓦级风力发电机问世，近十几年来风力发电机产品质量有了显著提高，作为一种新的，安全可靠的，干净的能源而受到国际上风资源丰富国家的关注与大规模开发。目前，世界上风电总装电容量约为7000MW，美国最多，约有1700MW。中国是风资源丰富的国家，特别是新疆、内蒙古与沿海地区。我国风力发电在八十年代开始发展，初期大多是独立运行户用百瓦级风电机组，安装在边远，孤立无电地区供农牧民使用。近年来，大型并网风力发电机组引入我国，多台风电机组安装在风资源丰富地区组成风电场，接入地区电网供电，现在，我国并网风电机组装机总容量约为100MW。风电的优越性可归纳为下面五点：风力发电是一种干净的自然能源，没有常规能源（如煤电，油电）与核电会造成环境污染的问题。风电技术日趋成熟，产品质量可靠，可用率已达95%以上，已是一种安全可靠的能源，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，若计及煤电的环境保护与交通运输的间接投资，则风电经济性将优于煤电。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，是煤电、核电无可比拟的。投资规模灵活，有多少钱装多少机。目前商用大型风力发电机组一般为水平轴风力发电机，它由风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件所组成。风轮的作用是将风能转换为机械能，它由气动性能优异的叶片（目前商业机组一般为2-3个叶片）装在轮毂上所组成，低速转动的风轮通过传动系统由增速齿轮箱增速，将动力传递给发电机。上述这些部件都安装在机舱平面上，整个机舱由高大的搭架举起，由于风向经常变化，为了有效地利用风能，必须要有迎风装置，它根据风向传感器测得的风向信号，由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮咬合的小齿轮转动，使机舱始终对风。风能是一种无污染的可再生能源，它取之不尽，用之不竭，随着生态环境的要求和能源的需要，新能源的开发日益受到重视，由于风力发电经济性日益改善，因此国家对风力发电已制定了发展计划，提出2000年风电装机40MW以上的奋斗目标，为二十一世纪大规模开发风电打下良好的基础。风车是人们最早用以转换能量的装置之一，波斯人和中国人在数千年前即己懂得使用风车，直到十二世纪时，欧洲才普遍利用风车研磨面粉和泵水。荷兰低地使用风车泵抽排水，其风车的功率可达５０HP。美国则使用较小型的风车灌溉田地和驱动发电机发电。1920年代，人门开始研究利用风车作大规模发电。1931年，在苏联的CrimeanBalaclava地方建造一座１００KW容量的风力发电机，此乃最早商业化的风力发电机。风车的种类很多，如依其形状及旋转轴的方向分，可归纳出两种最主要的型式：水平轴式转子垂直轴式转子水平轴式转子（horizontal-axisrotor）此型转动轴与风向平行。若依轮页受力可分成升力（lift）或阻力（drag）型；若依页数则单页﹑双页﹑三页或多页型；若依风向，则有逆风（upwind）和顺风（downwind）型，逆风型转子即页片正对著风向。大部分水平轴式风力轮页会随风向变化而调整位置。2.垂直轴式转子（vertical-axisrotor）此型转轴与风向成垂直。此型的优点为设计较简单，因为其不必随风向改变而转动调整方向。但此系统无法抽取大量风能?K需要大量材料是其缺点。此型有桶形（Savonius）转子和打蛋形（Darrieus）转子等。桶形转子是采用S型轮页，且大多为阻力型。轮页的旋转是依赖作用于顺风和逆风页片部分的阻力差。世界经济的快速发展和激烈的竞争，新能源发电尤其是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。我国有丰富的风能资源，又有国外成熟的技术可以借鉴，大规模开发风电的条件已经具备，应该积极发展。发展风电是实施能源可持续发展战略的重要措施能源供应和环境保护是经济持续发展的基本条件，从能源角度说，二＋一世纪我们的能源靠什么？有许多专家和机构分析，如果不重视可再生能源的开发，下一个世纪由于能源资源的匮乏将导致全球的能源危机。从环保角度说，能源消耗的增长带来的环境问题日益严重，今年联合国环境署报告在过去20年，全世界能源消耗增长了50％，从现在到2020年，全球能源消耗还将比现在增长50％到100％，由此造成温室效应气体排放将会增加45％到90％，从而带来灾难性后果，我国同样面临着资源、能源和环境的压力。我国改革开放以来，电力发展一直保持着高速增长的势头，装机容量和发电量己分别位居世界第三和第二，有力地支持了国民经济发展和人民生活水平的提高。在电力发展过程中，以燃煤发电为主的电力生产结构导致有害物质的排放也在逐年增加，如不采取有效措施，将成为电力持续发展的制约因素。为逐步改变这种状况，一方面在发展媒电时，必须与环境保护相结合，采用洁净煤燃烧技术和有效的污染控制措施，另一方面要加强电源结构的调整，除大力发展水电外，还应该积极发展风能等新能源发电，努力实现能源资源的合理开发利用和优化配置。我国风能资源丰富具有大规模发展风电的可能性从风力发电的技术状况以及实际运行情况表明，它是一种安全可靠的发电方式，随着大型机组的技术成熟和产品商品化的进程，风力发电成本降低，已经具备了和其他发电手段相竞争的能力。风力发电不消耗资源、不污染环境，具有广阔的发展前景，和其他发电方式相比，它的建设周期一般很短，一台风机的运输安装时间不超过三个月，万千瓦级风电场建设期不到一年，而且安装一台可投产一台；装机规模灵活，可根据资金多少来确定，为筹集资金带来便利；运行简单，可完全做到无人值守；实际占地少，机组与监控、变电等建筑仅占风电场约1％的土地，其余场地仍可供农、牧、渔使用；对土地要求低，在山丘、海边、河堤、荒漠等地形条件下均可建设，此外，在发电方式上还有多样化的特点，既可联网运行，也可和柴油发电机等级成互补系统或独立运行，这对于解决边远无电地区的用电问题提供了现实可能性，这些既是风电的特点，也是优势。我国风能资源丰富，这十几年来，对风能资源状况作了深入的勘测调查，全国可开发利用的风能资源总量为2.53亿千瓦。资源分布也很广，在东南沿海、山东、辽宁沿海及其岛屿年平均风速达到6-9米／秒，内陆地区如内蒙古北部，甘肃、新疆北部以及松花江下游也属于风资源丰富区，在这些地区均有很好的开发利用条件。这几年我国的交通条件得到极大的改善，电网覆盖程度有了很大的提高，许多风资源丰富地区己置于电网覆盖之下，也为我们建设大型风电场提供了更有利的条件。在国家有关部门的支持下，电力部门在风电场建设方面已作了一些工作，并提出到2000年我国风电装机达到100万千瓦的规划目标。到目前为止，相继在新疆、内蒙古、辽宁、广东、浙江、福建等地区建成了14个风电场，总装机容量5万千瓦，己签订贷款协议和采购合同的约l0万千瓦，虽然我国目前的风电事业刚刚起步，但已经锻炼和培养了一批专门从事风电工作的技术人员和职工队伍，为今后大规模发展风电积累了经验。让人们了解和认识风电是推进风电发展的重要工作。发展风电，首先要解决认识问题。认识包括两方面内容。一个是对其重要意义的认识，应当认识到发展新能源是经济发展和环境保护的需要，也是电力实施可持续发展战略的需要，电力的发展不能以浪费资源和牺牲环境为代价。当前风电等新能源发电刚刚起步，和其他发电手段相比，装机容量和发电量都很小，但它是未来能源，发展潜力巨大，这就要求我们处理好近期利益和长远利益的关系，局部利益和全局利益的关系。再一个认识问题来自技术和经济方面，比如认为风电形不成规模，风电成本太高，风电电量不稳定等，由于风电是一种新的发电方式，许多人还不了解，提出这些问题是很自然的，需要有针对性地答复这些问题，让更多的人了解风电，认识风电。第一，风电是能够形成规模的。现在风电单机容量一般为几百千瓦，这和火电、水电的大容量机组不同，风电是以几十台、几百台，甚至几千台同时运转来实现风能大规模转换为电能的。美国加州风电场一共安装2400台，满山遍野都是风电，具最新资料统计，全世界风电装机容量己达490万千瓦，其中美国187万千瓦，德国103万千瓦，丹麦61万千瓦，特别应该指出的是印度通过这两年的努力，风电已达60万千瓦。其次，风力发电的成本情况如何呢？在国际上单位千瓦造价一般为1000美元，发电成本可做到6－7美分。我国风电扬的单位造价约为1万元左右，其中风力发电机组占投资75％以上，主要靠进口，今后如果解决了设备制造国产化问题，造价还会下降，现在广东南澳岛安装风电机8680千瓦，年发电量2600万千瓦时，上网电价0．70元左右，对广东来说这个电价完全可以承受，国内大中型水电站的单位千瓦造价7000一8000元，火电站如果加上脱硫脱氮等环保设施的话，千瓦造价也要超过7000元。应该说风电具备了和其他电源比较的能力，它的造价和电价是可以接受的。第三个问题是关于电源稳定的问题，在概念里有风就有电，我国风电年利用小时数一般为2700小时，新疆等一些地方可以达到3200小时。风能资源间歇性的特点，使我们必须重视风电电能供应稳定性问题。在发展初期，容量小，电量少，相对整个电网而言微乎其微，因此它不会引起电网的波动和不稳定。丹麦目前风电发电量占全国发电量的5%，装机容量所占比例还要高一些，没有对电网形成影响。据丹表专家分析，风电比重低于10%对电网不会构成危险。电力部规划到2000年全国装机100万千瓦，届时也仅占全国装机的0.3%，仍然是一个小数。在电网本身容量不大的地方，确实要考虑这个问题，电力部已经规定现阶段风电容量控制在电网容量的5％以内，除新疆乌鲁木齐电网外，其他地区还远离这个标准，根本不必担心。况且世界上普遍用油机和风机配套使用，效果很好。我国正在对风力发电和抽水蓄能电站结合运行进行研究，美国已建风能洞穴储能试验电站。总之，这个问题不是我国目前发展风电的障碍。通过几方面情况看，风电己具备了加快发展的条件，可以纳入我国电力规划和电力建设的议事日程了。认识的提高需要通过加强宣传和真抓实干来实现，认识风电的人越多，发