多座风力发电机组成风力电厂
风能资源因风力做功而提供给人类的一种可利用的能量。风具有的动能称风能。风速越高,动能越大。人们可以用风车把风的动能转化为旋转的动作去推动发电机,以产生电力。方法是透过传动轴,将转子(由以空气动力推动的扇叶组成)的旋转动力传送至发电机。到2008年为止,全世界以风力产生的电力约有 94.1 百万千瓦,供应的电力已超过全世界用量的1%。风能虽然对大多数国家而言还不是主要的能源,但在1999年到2005年之间已经成长了四倍以上。
多数现代风力产生以电的形式由转换涡轮刀片的自转成电流通过一台电子发电器。在风车(更旧的技术里) 风能量使用转动机械机械完成物理工作, 像击碎五谷或抽水。
风力被使用在大规模风农场为全国电子栅格并且在小各自的涡轮为提供电在被隔绝的地点。
风能量是丰富, 无尽的, 广泛分布, 干净, 和缓和温室效应。 我们把地球表面一定范围内。经过长期测量,调查与统计得出的平均风能密度的概况称该范围内能利用的依据,通常以能密度线标示在地图上。
人类利用风能的历史可以追溯到公元前,但数千年来,风能技术发展缓慢,没有引起人们足够的重视。但自1973年 世界石油危机以来,在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下,风能作为新能源的一部分才重新有了长足的发展。风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力,特别是对沿海岛屿,交通不便的边远山区,地广人稀的草原牧场,以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆,作为解决生产和生活能源的一种可靠途径,有着十分重要的意义。即使在发达国家,风能作为一种高效清洁的新能源也日益受到重视,比如:美国能源部就曾经调查过,单是德克萨斯州和南达科他州两州的风能密度就足以供应全美国的用电量。
德国一处风力发电机。从旁边的树可知其约略的大小。
经济性[]
近年, 大致上来说,利用风来产生电力所需的成本已经降低许多, 即使不含其他外在的成本,在许多适当地点使用风力发电的成本已低于燃油的内然机发电了。[1]自2004 年起,风力发电更成为在所有新式能源中已是最便宜的了。风力发电在2002 年时约25%,现在则是38%的比例快速成长。2003年美国的风力发电成长就超过了所有发电机的平均成长率。在2005 年风力能源的成本已降到1990 年代时的五分之一,而且随着大瓦数发电机的使用,下降趋势还会持续。.[2][3] 风能发电正成长,幅度高逹 38%,[4] 超越2002年时的 25%。在美国,2003年以年增率来看,风力是各种发电方式之中成长最快的。[5] 在2005年,风力发电的成本己降到1990年代后期的五分一,而随着大型百万瓦等级的风力转子进入量产阶段,估计成本还会持续下降。[6]
风的能量[]
估计地球吸收的太阳能有1%到3%转化为风能,总量相当于地球上所有植物通过光合作用吸收太阳能转化为化学能的50到100倍。 上了高空就会发现风的能量,那儿有时速超过160公里 (100 英哩160 km/h 100 mph)的强风。这些风的能量最后因和地表及大气间的摩擦力而以各种热能方式释放。
风的成因:因太阳照射极地和赤道的不均匀使得地表的不受热;地表温的速度较海面快;大气中同温层如同天花板的效应加速了气体的对流;季节/的变化;科氏效应;月亮的反射比率,形成了风。
风能可以通过风车来提取。当风吹动风轮时,风力带动风轮绕轴旋转,使得风能转化为机械能。而风能转化量直接与空气密度、风轮扫过的面积和风速的平方成正比。空气的质流穿越风轮扫过的面积,随着风速以及空气的密度而变化。举例来说,在15°C (59°F)的凉爽日子里,海平面空气密度为每立方米 1.22 公斤(当湿度增加时空气密度会降低)。当风以秒速8米吹过直径一百米的转轮时,每秒能够使1,000,000,000公斤的空气穿越风轮扫过的面积。
指定质量的动能与其速率之平方成正比。因为质流与风速呈线性增加,对风轮有效用的风能将会与风速的立方成正比;本例子中风吹送风轮的功率,大约为2.5百万瓦特。
因为风涡轮提取能量,空气减速,导致它对传播并且在风涡轮附近在某种程度上牵制它。 德国物理学家,阿尔伯特Betz, 1919年确定风涡轮可能提取至多将否则流经涡轮的横断面的59%能量。 不管涡轮的设计, Betz极限申请。 最近的工作在一个理论极限大约30%旁边为推进器类型turbines.[7] 实际效率从10%范围到20%为推进器类型涡轮,并且是一样高像35%为三维垂直轴涡轮像 Darrieus 或Gorlov涡轮。
风速(红色)和能量的发行(蓝色)所有2002年在李大农场设施在科罗拉多。 而曲线是Rayleigh式样发行为同一平均风速,直方图显示被测量的数据。能量是Betz极限通过一个100米直径圈子饰面直接地入风。 总能年通过那个圈子是15千兆瓦小时。
有风变化,并且平均值为一个被测量的地点单独不表明风涡轮可能导致那里的相当数量能量。 要估计风速风土学在一个特殊地点,概率分布作用经常适合到被观察的数据。 不同的地点将有不同的风速发行。 最频繁用于的发行模型塑造风速风土学是二参量 Weibull distribution 因为它能依照各种各样的发行形状,从高斯到指数。Rayleigh 塑造,例子,其中被密谋在右边反对实际被测量的数据集,是形状参量合计2 Weibull作用的一个具体形式和非常严密反映每小时风速的实际发行在许多地点。
由于许多电能是由高风速所产生,可用的能量多来自瞬间大的风速.一大半可用的能量,却只有占运作时间的15%.所以无法像使用燃料的火力发电厂,可以依照用电需求来调整发电量. 由于风速并非常数,风力发电整年的发电量不是标示的发电率乘上所有的运转时间(一年内).实际产生的值与理论值(最大值)称为容量因子.安装良好的风力发电机,其容量因子可达35%.跟一般使用燃料的发电厂的涡轮机相比,标示1000kW的风力发电机,每年可发的电量最多到350kW.短时间的输出功率是难以预测,但每年发电量的变化应该几个百分比之内. 当储藏,如此的关于用唧筒抽水水力电气的储藏, 或其他形式的世代被用来 " 塑造 " 风力量 (借着保证持续的递送可信度),商业的递送代表大约 25% 的费用增加,屈从的有活力的商业表现。
风力的分级[]
风进入风力量密度的七个班级之内在美国区域中映射,这在区域中提供风力量资源的品质指示。
每个班级是多种的力量密度,所以评价当做班级 4 的一个区域,举例来说,将会在地面上面的 10 m 有来自 200 到 250 W/m 的平均的力量密度。 通常,风力量的经济发展为在被评价班级 3 的区域中发生或比较高的。
风能应用[]
- 发电
- 帆船
- 抽水(地下水或海水)与灌溉
- 磨坊
内蒙古草原上的风力发电机
风能优点[]
- 风能为干净的能量来源。
- 风能设施日趋进步,大量生产降低成本,在适当地点,风力发电成本已低于内燃机。
- 风能设施多为立体化设施,可保护陆地和生态。
- 风力发电为可再生能源,非常环保。
风能缺点[]
- 风力发电在生态上的问题是可能干扰鸟类,如美国堪萨斯州的松鸡在风车出现之后已渐渐消失[8]。目前的解决方案是离岸发电,离岸发电价格较高但效率也高。
- 在一些地区、风力发电的经济性不足:许多地区的风力有间歇性,更糟糕的情况是如台湾等地在电力需求较高的夏季及白日、是风力较少的时间;必须等待压缩空气等储能技术发展。
- 风力发电需要大量土地兴建风力发电场,才可以生产比较多的能源。
- 进行风力发电时,风力发电机会发出庞大的噪音,所以要找一些空旷的地方来兴建。
- 现在的风力发电还未成熟,还有相当发展空间。
注释[]
外部链接[]
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