人们是怎样利用风能的?

日期:2020-01-12编辑作者:国际动态

  在自然界的能源中,风能是极其丰富的。据粗略估计,近期可以利用的风能总功率约为106~107兆瓦,这个数值比全世界可以利用的水力资源大10倍。但是,这笔巨大的自然财富还有待人类去大力开发。 我国是利用风能最早的国家。早在2000多年以前,利用风力驱动的帆船已经在江河中行驶,明代开始应用风力水车灌溉农田,并且出现了用于农产品加工的风力机械。 现代利用风能的主要方式是风力发电,它的核心是风轮机。 风轮机可以分为水平轴和垂直轴两大类。 图8-2是一种水平轴风轮机。高高的机架上装着一个可以在水平方向转动的工作台,台面上有发电机。台架的尾部装有一个尾舵,它靠风力来回转动,让风轮总是迎风转动。巨大的风轮叶片有十几米长,转动起来的力量是很大的。 在丹麦日德兰半岛北部的奥尔堡,有一座巨大的风车。安装风车和发电设备的钢筋混凝土塔有13层楼高,塔顶直径3米,塔底直径6米。风车的叶片长27米,一个叶片就有5吨重。在风力推动下,巨大的风车每分钟转40转。风车后边的雪茄烟形状的机舱里安放着发电机,它每年可发电400万千瓦时。 这座巨大的风力发电机,是一所中学、一所师范大学和一所“旅行大学”的教师和学生筹资建成的,没有向政府和工业界要一分钱。工程设计、建造以及部分零件的制造,都是数百名学生和教师一起完成的,只聘请了4位工程师和专家作指导。这是世界上业余爱好者制作的最大的风车。 垂直轴的风轮机,也叫中国式风轮机,它的“祖先”是立帆式风轮机,诞生在我国北方沿海一带,估计是在宋朝时出现的。这种风轮机的轴与风向大体垂直,是竖直向上的,风帆总是朝一个方向转动。 图8-3是我国研制的垂直轴风轮机示意图,竖直的轴在风吹时转动,带动下部的发电机发电。这种风力发电站是大有发展前途的。 我国适合风力发电的区域非常广阔,特别是东南沿海和西北草原地区。这些区域的年平均风速分别达到6~8米/秒和4~6米/秒,具有相当大的开发、利用价值。 我国科技人员在七五计划期间,进行风能利用的攻关。研制了6种百瓦级、4林千瓦级和4种10千瓦级风力发电机组,使我国风力机系列55千瓦级以下品种基本齐全,性能和质量有了新的提高。主要性能指标均达到国际先进水平。其中研制的两台55千瓦发电机组,已在山东长岛安装,部分性能指标达到国外样机的水平。研制的5种风力提水机组,其中FDG-7型大流量风力提水机组,是我国目前功率最大的风力提水机组,在低扬程大流量风力提水机类型中,处于国内外领先地位。

  风能 当太阳幅射能穿越地球大气层时,大气层约吸收2×1016瓦的能量,其中一小部分转变成空气的动能。因为热带比极带吸收较多的太阳辐射能,产生大气压力差导致空气流动而产生“风”。 风能非常巨大,理论上仅1%的风能就能满足人类能源需要。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,其具体用途包括:风力发电、风帆助航、风车提水、风力致热采暖等。其中,风力发电是风能利用的最重要形式。 风帆与风车 风能利用,已有数千年的历史。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。 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。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。 风力发电 历史上,由于西欧各国燃料缺乏,而且其地理位置在盛行西风带上,故刺激其发展风力发电。 19世纪末,丹麦人首先研制了风力发电机。1891年,丹麦建成了世界第一座风力发电站。现在丹麦已拥有风力发电机3000多座,年发电100亿度。 100多年来,世界各国研制成功了类型各异的风力发电机。1998年,全世界风力发电装机容量达到960万千瓦,全球风力发电量达210亿千瓦时,可供350万户家庭使用。 风力发电机主要包括水平轴式风力发电机和垂直轴式风力发电机等。其中,水平轴式风力发电机是目前技术最成熟、生产量最多的一种形式。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。风轮将风能转换为机械能,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。整个机舱由高大的塔架举起,由于风向经常变化,为了有效地利用风能,还安装有迎风装置,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啮合的小齿轮转动,使机舱始终对风。 在电力不足的地区,为节省柴油机发电的燃料,可以采用风力发电与柴油机发电互补,组成风-柴互补发电系统。 风力发电场(简称风电场),是将多台大型并网式的风力发电机安装在风能资源好的场地,按照地形和主风向排成阵列,组成机群向电网供电。风力发电机就像种庄稼一样排列在地面上,故形象地称为“风力田”。风力发电场于20世纪80年代初在美国的加利福尼亚州兴起,目前世界上最大的风电场是洛杉矶附近的特哈查比风电场,装机容量超过50万千瓦,年发电量为14亿千瓦·时,约占世界风力发电总量的23%。 风力发电的优越性可归纳为三点:第一,强辉发电机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。 中国风能资源丰富,可开发利用的风能资源总量约为2.53亿千瓦。国内最著名的风电场,是新疆乌鲁木齐附近的达坂城风电场,总装机容量1.68万千瓦。世纪之交,中国制定了风力发电的长远发展计划,提出2000年风电装机40兆瓦以上的目标,为21世纪大规模开发风电打下了良好的基础。

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关键词: 强辉发电机

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