风能及其应用

风能及其应用一次能源和二次能源1.从能源产生的方式可分为一次能源和二次能源。所谓一次能源，是指直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源，它包括：原煤、天然气、太阳能、水能、风能、地热等；2.为了满足生产和生活的需要，有些能源要加工转换后使用，成为二次能源，指由一次能源经过加工转换以后得到的另一种形态的能源产品，例如：电力、蒸汽、煤气、汽油、柴油等。可再生能源1.从能源是否可再利用的角度，一次能源可再次被分为再生能源和非再生能源两大类。可再生能源，是指在自然界中可不断再生并可以持续利用的资源，它主要包括太阳能、风能、水能、地热能、生物质能等；非再生能源非再生能源，是指经过亿万年的，短期内无法恢复的能源，包括原煤、原油、天然气、油页岩、等。随着我们使用越来越多，它就会变得越来越少,直到用到枯竭为止，在自然界中它们将不会再生。非清洁型能源和清洁型能源根据能源消耗后是否造成环境污染可分为非清洁型能源和清洁型能源。对环境污染大的能源称为非清洁型能源，包括煤炭、石油等；对环境无污染或污染小的能源称为清洁型能源，包括水能、太阳能、风能和核能等。常规能源和新能源常规能源是指经过相当长的历史时期已经被人类长期广泛利用的能源。它包括一次能源中的可再生的水力资源和不可再生的煤炭、石油、天然气等资源。新能源是指采用新的科学技术才能开发和利用并有发展潜力的能源，包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能以及用于核能发电的核燃料等。（北方大地烧农作物秸秆的利弊）思考题1国家《十二五规划的建议》中要求重点发展哪几种新能源？2为什么说风能是太阳能的一种形式？3风能的利用有哪几种形式？4风能发电要具备哪些条件？风能发电推广的主要问题是什么？风能利用的优势1．能源问题已成为当今世界瞩目的大事。煤、石油、天然气等常规能源发生危机，供不应求，逐渐枯竭，因此，各国都在大力开发太阳能、生物能、核能、氢能等新能源。2．风能为太阳能的一种形式，只要太阳不灭，它就取之不尽，用之不竭。据估计全世界可利用的风能约为10亿千瓦，比水利资源多10倍。光陆地上的风能就相当于目前全部火力发电量的一半。3．投资少，建成后使用价廉，且无污染。风能的形成风能的来源是太阳能。太阳光照射在地球上，因地球表面地形差异大，高原、盆地、森林、沙漠、山川沟壑，气候不同,气流流动状况不同,各地表面温度也不同，热空气上行，冷空气补充，就形成了风。风能密度风能密度：空气在1秒内以速度为V流过单位面积产生的动能称为风能密度：风能密度是气流在单位时间内垂直通过单位面积的风能，是描述一个地方风能潜力的最方便最有价值的量，但是在实际当中风速每时每刻都在变化，不能使用某个瞬时风速值来计算风能密度，只有长期风速观察资料才能反映其规律，故引出了平均风能密度的概念。风能主要应用1、风力提水风力提水自古至今一直得到较普遍的应用。至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可以分为两类。一类是高扬程小流量的风力提水机，它与活塞泵配合提取深井地下水，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,湖水主要用于农田灌溉、水产养殖或海水制盐。风力提水机在我国用途广阔，如“黄淮河平原的盐碱改造工程”就大规模采用风力提水机来改良土壤。风能主要应用2、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。下表为美国小型风力发电系统的设计指标1kw系统8kw系统40kw系统输出功率1kw以上、电压120V、直流发电机与蓄电池配套使用8kw以上、60Hz，120Q40V（与煤气发电系统连接）三相、60Hz，240／480V（独立电源或与电力网连接）额定风速9m／s9m／s9m／s（水平轴形风车，转速为400、800、1760r／min）风速控制范围尽可能宽，但要考虑经济性尽可能宽最高风速为27m／s以上风速75m／s75m／s56m／s以上使用年限25年以上25年以上30年以上可靠性平均10年内无损坏制造成本1500美元/kw以下750美元/kw500美元／kw主要设备风机、传动机构、发电机、调节器（塔架、基建、蓄电池自由选择）风机、传动机构、发电机、调节器、塔架（蓄电池、逆变器、其他设备、基建自由选择）风机、传动机构、发电机、调节器、塔架、动力输出装置（基建自由选择）风能主要应用3、风帆助航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％。4、风力致热随着人民生活水平的提高，家庭用能中热能的需要越来越大，特别是在高纬度的欧洲、北美取暖，热水是耗能大户。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“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（见下图）目前可见到的发电类型太阳能发电（光-热发电、光-伏发电）潮汐能发电要有自然资源、地域优势．称海水有节奏的周期性涨落运动为潮汐,法国文学家称之为“大海的呼吸”，潮汐现象的特点是每昼夜有两次高潮，而不是一次，“昼涨为潮，夜涨为汐”．风力发电风力发电我国有很好的风力资源。开发风力是很有潜力的。目前，尽管风能所能提供的电量还不足全球总发电量的0.l％，但它将会很快成为人类可靠的动力来源之一。预计，在未来的20年中，数以万计的风轮机将会出现在世界风能资源丰富的地区，并能满足这些地区用电需求量的20％－30％。风力发电截至目前，我国的风电每千瓦的综合造价在七八千元，每千瓦时风电的还本付息成本价在0.5元左右，一般8年时间就可以还完贷款。而风电机组的设计寿命通常为20年，其运行和维护的费用通常只相当于风电机组成本的3%--5%，发电所需要的风更是免费的。(水库蓄水是高代价的)因此，投资风电已经可以获得一定的经济利益.风力发电国家《十一五规划的建议》中明确提出，“加快发展风能、太阳能、生物质能等可再生能源”。根据我国新能源规划，到2010年，可再生能源的总装机量将达到60GW,占全国总电力装机容量的10%，到2020年，新能源发电的总装机容量将达到121GW,占全国总电力装机容量的12%。风力发电《十一五规划的建议》中排第一位的是风能！按发改委规划，到2020年，我国水电装机容量将达3000万千瓦，太阳能光伏电池100万千瓦，以我国目前水电1.1亿千瓦，风电76万千瓦，太阳能光伏电池6万千瓦的装机容量，如果要达到规划目标，水电装机规模将增长2.7倍，风电增长39倍，而太阳能增长17倍。风力发电过去的5年中，全球风电累计装机容量的平均增长率一直保持在33%，2020年全球风力发电装机容量将达12.31亿千瓦，风力发电量将占全球发电总量的12%，可以看到在发电领域风能的成长性远远超过其他类新能源。因此风力发电将成为世界未来最重要的替代能源。风力发电就国内来看，我国可开发的风能资源约10亿千瓦，潜力巨大。我国计划在2020年风电规模达将达3000万千瓦。对风力发电行业来说，以风电价格0.58元/千瓦时，平均发电时间按3000小时计，2005年风力发电装机容量100万千瓦，2006年283万千瓦，2007年466万千瓦风力发电近3年风力发电的收入分别为17亿元、49亿元、81亿元，市场前景非常广阔。云贵高原藏族自制区风力发电机到处可见，风电促进了该地区生活质量提高（TV转播）和旅游业的发展（藏民高兴用风电）藏民的夙愿风力发电机问题新一代的风力机与老式的风力机相比，有着独特的优点，这主要表现为：抗风暴的能力强，耐久可靠；可自动调节功能，采用计算机控制转速；运用近代航空技术，机械效率大大提高。新型风轮机非常灵巧，采用高科技的玻璃纤维制成，具有先进的变速装置和电子控制装置。稍大一些的风轮机还有长达5米，甚至更长的叶片。巨大的风车，在运行中要受到空气动力、重力和惯性力的作用，很容易产生破坏性振动。近年来新崛起的非金属复合材料，它重量轻，强度高，抗疲劳，耐腐蚀，可解决桨叶问题。风力发电的储能问题发展风力发电，储能是关键，因为风是间歇性的。简单的办法是用蓄电池。强风时发出的电输入其中，风不足时，再借助蓄电池带动直流电机并带动发电机发电，但几百瓦的还可以，上千瓦的，甚至更大的，此法实为不便。另一种办法是抽水法。强风时带动抽水机，将水抽到高处的水库，电力不足时，再把水库的水放出来，通过水力发电来补充。目前，科学家正在研究压缩空气储能和超导体储能等方法，一旦成功，多变的风将更加有效地被人类所使用，给人们送来光明和温暖。风力发电1997～1998年，我国风电场投产2O9台机组，合计容量114200千瓦，全部为进口，设备价格高，风电场每千瓦造价约8000～9000元，其中机组占投资的75％～8O％，只有逐步实现国产化，才能把风电场造价降下来。风力发电目前国内大中型水电站每千瓦造价为700O～8000元；火电站加上脱硫环保设施，每千瓦造价也要超过700O元。我国风电场年利用小时数一般为2700小时；一些地方达到3200小时，因而风电成本为O.45～O.7O元／千瓦时，在现阶段仍需国家政策给予扶持。风力发电随着对能源需求的增加和环保法规执法力度的不断加大，风电技术作为一门不断发展和完善中的多学科的高新技术，通过技术创新，提高单机容量，改进结构设计和制造工艺，以及减轻部件重量，降低造价，它的优势和经济性必将日益显现出来。（加入三峡水电费估算）风力发电原理风力发电中所用的同步发电机绝大部分是三相同步电机，其输出联接到邻近的三相电网或输配电线。因为三相电机比起相同额定功率的单相电机来，一般体积较小、效率较高、而且便宜，所以只有在功率很小和仅有单相电网的少数情况下才考虑采用单相发电机。风力发电原理普通三相同步发电机的原理结构如图1所示。在定子铁心上有若干槽，槽内嵌有均匀分布的在空间彼此相隔120°电角的三相电枢绕组aa′、bb′和cc′。转子上装有磁极和励磁绕组，当励磁绕组通以直流电流If后，电机内产生磁场。转子被风力机带动旋转，则磁场与定子三相绕组之间有相对运动，从而在定子三相绕组中感应出三个幅值相同，彼此相隔120°电角的交流电势。注意发电机与电动机结构区别风力发电风力发电在中国得到发展是近些年的事情，至今已经建成了一批大型风力发电场大中型风电机组并网发电，已经成为世界风能利用的主要形式，随着并网机组需求持续增长，生产量上升，机组更新换代，单机容量提高，机组性能优化，故障降低，生产成本下降，风电已接近与常规能源竞争的能力。风力发电的前景欧洲是目前全球风轮机应用、发展最迅速的地区，其中尤以德国最为突出。德国现已拥有成千上万台银色闪光的风轮机，分布在萨克森平原及其沿海地区，从而使德国的风能发电工业成倍增长。目前，德国风轮机的发电量已达到1000多兆瓦，足够勒苏益格、荷尔斯泰因州5％的用电量。在其他欧洲国家中，丹麦、英国、荷兰和西班牙等国，也不甘落后。专家们预计，如果风能发电仍将以目