風力發電

風能作為一種清潔的可再生能源,越來越受到世界各國的重視。其蘊量巨大,全球的風能約為2.74×109MW,其中可利用的風能為2×107MW,比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍。中國風能儲量很大、分布麵廣,僅陸地上的風能儲量就有約2.53億千瓦。

隨著全球經濟的發展,風能市場也迅速發展起來。自2004年以來,全球風力發電能力翻了一番,2006年至2007年間,全球風能發電裝機容量擴大27%2007年已有9萬兆瓦,這一數字到2010年將是16萬兆瓦。預計未來20-25年內,世界風能市場每年將遞增25%。隨著技術進步和環保事業的發展,風能發電在商業上將完全可以與燃煤發電競爭。

把風的動能轉變成機械動能,再把機械能轉化為電力動能,這就是風力發電。風力發電的原理,是利用風力帶動風車葉片旋轉,再透過增速機將旋轉的速度提升,來促使發電機發電。依據目前的風車技術,大約是每秒三米的微風速度(微風的程度),便可以開始發電。風力發電正在世界上形成一股熱潮,因為風力發電不需要使用燃料,也不會產生輻射或空氣汙染

風力發電所需要的裝置,稱作風力發電機組。這種風力發電機組,大體上可分風輪(包括尾舵)發電機鐵塔三部分。(大型風力發電站基本上沒有尾舵,一般隻有小型(包括家用型)才會擁有尾舵)

風輪是把風的動能轉變為機械能的重要部件,它由兩隻(或更多隻)螺旋槳形的葉輪組成。當風吹向漿葉時,槳葉上產生氣動力驅動風輪轉動。槳葉的材料要求強度高、重量輕,目前多用玻璃鋼或其它複合材料(碳纖維)來製造。(現在還有一些垂直風輪,s型旋轉葉片等,其作用也與常規螺旋槳型葉片相同)

由於風輪的轉速比較低,而且風力的大小和方向經常變化著,這又使轉速不穩定;所以,在帶動發電機之前,還須***附加一個把轉速提高到發電機額定轉速的齒輪變速箱,再加一個調速機構使轉速保持穩定,然後再聯接到發電機上。為保持風輪始終對準風向以獲得***大的功率,還需在風輪的後麵裝一個類似風向標的尾舵。

鐵塔是支承風輪、尾舵和發電機的構架。它一般修建得比較高,為的是獲得較大的和較均勻的風力,又要有足夠的強度。鐵塔高度視地麵障礙物對風速影響的情況,以及風輪的直徑大小而定,一般在6-20米範圍內。

發電機的作用,是把由風輪得到的恒定轉速,通過升速傳遞給發電機構均勻運轉,因而把機械能轉變為電能。

風力發電在芬蘭、丹麥等國家很流行;中國也在西部地區大力提倡。小型風力發電係統效率很高,但它不是隻由一個發電機頭組成的,而是一個有一定科技含量的小係統:風力發電機+充電器+數字逆變器。風力發電機由機頭、轉體、尾翼、葉片組成。每一部分都很重要,各部分功能為:葉片用來接受風力並通過機頭轉為電能;尾翼使葉片始終對著來風的方向從而獲得***大的風能;轉體能使機頭靈活地轉動以實現尾翼調整方向的功能;機頭的轉子是永磁體,定子繞組切割磁力線產生電能。

一般說來,三級風就有利用的價值。但從經濟合理的角度出發,風速大於每秒4米才適宜於發電。據測定,一台55千瓦的風力發電機組,當風速為每秒9.5米時,機組的輸出功率為55千瓦;當風速每秒8米時,功率為38千瓦;風速每秒6米時,隻有16千瓦;而風速每秒5米時,僅為9.5千瓦。可見風力愈大,經濟效益也愈大。

在我國,現在已有不少成功的中、小型風力發電裝置在運轉。

我國的風力資源極為豐富,絕大多數地區的平均風速都在每秒3米以上,特別是東北、西北、西南高原和沿海島嶼,平均風速更大;有的地方,一年三分之一以上的時間都是大風天。在這些地區,發展風力發電是很有前途的。

風力發電的輸出

風力發電機因風量不穩定,故其輸出的是1325V變化的交流電,須經充電器整流,再對蓄電瓶充電,使風力發電機產生的電能變成化學能。然後用有保護電路的逆變電源,把電瓶裏的化學能轉變成交流220V市電,才能保證穩定使用。

通常人們認為,風力發電的功率完全由風力發電機的功率決定,總想選購大一點的風力發電機,而這是不正確的。目前的風力發電機隻是給電瓶充電,而由電瓶把電能貯存起來,人們***終使用電功率的大小與電瓶大小有更密切的關係。功率的大小更主要取決於風量的大小,而不僅是機頭功率的大小。在內地,小的風力發電機會比大的更合適。因為它更容易被小風量帶動而發電,持續不斷的小風,會比一時狂風更能供給較大的能量。當無風時人們還可以正常使用風力帶來的電能,也就是說一台200W風力發電機也可以通過大電瓶與逆變器的配合使用,獲得500W甚至1000W乃至更大的功率輸出。

使用風力發電機,就是源源不斷地把風能變成我們家庭使用的標準市電,其節約的程度是明顯的,一個家庭一年的用電隻需20元電瓶液的代價。而現在的風力發電機比幾年前的性能有很大改進,以前隻是在少數邊遠地區使用,風力發電機接一個15W的燈泡直接用電,一明一暗並會經常損壞燈泡。而現在由於技術進步,采用先進的充電器、逆變器,風力發電成為有一定科技含量的小係統,並能在一定條件下代替正常的市電。山區可以借此係統做一個常年不花錢的路燈;高速公路可用它做夜晚的路標燈;山區的孩子可以在日光燈下晚自習;城市小高層樓頂也可用風力電機,這不但節約而且是真正綠色電源。家庭用風力發電機,不但可以防止停電,而且還能增加生活情趣。在旅遊景區、邊防、學校、部隊乃至落後的山區,風力發電機正在成為人們的采購熱點。無線電愛好者可用自己的技術在風力發電方麵為山區人民服務,使人們看電視及照明用電與城市同步,也能使自己勞動致富。

優點

1、清潔,環境效益好;

2、可再生,永不枯竭;

3、基建周期短;

4、裝機規模靈活。

缺點

1、噪聲,視覺汙染;

2、占用大片土地;

3、不穩定,不可控;

4、目前成本仍然很高。

5、影響鳥類。

我國風能資源豐富,可開發利用的風能儲量約10kW,其中,陸地上風能儲量約2.53kW(陸地上離地10m高度資料計算),海上可開發和利用的風能儲量約7.5kW,共計10kW。而2003年底全國電力裝機約5.67kW

風是沒有公害的能源之一。而且它取之不盡,用之不竭。對於缺水、缺燃料和交通不便的沿海島嶼、草原牧區、山區和高原地帶,因地製宜地利用風力發電,非常適合,大有可為。海上風電是可再生能源發展的重要領域,是推動風電技術進步和產業升級的重要力量,是促進能源結構調整的重要措施。我國海上風能資源豐富,加快海上風電項目建設,對於促進沿海地區治理大氣霧霾、調整能源結構和轉變經濟發展方式具有重要意義。

國家能源局2015921日發布數據顯示,到20157月底,納入海上風電開發建設方案的項目已建成投產2個、裝機容量6.1萬千瓦,核準在建9個、裝機容量170.2萬千瓦,核準待建6個,裝機容量154萬千瓦。這與2014年末國家能源局《全國海上風電開發建設方案(2014-2016)》規劃的總裝機容量1053萬千瓦的44個項目相距甚遠。為此,國家能源局要求,進一步做好海上風電開發建設工作,加快推動海上風電發展。