书城科普读物青少年身边的环保丛书:人类的环保之路
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第34章 对风能的研发和利用

在自然界,风是一种巨大的能源,它远远超过矿物能源所提供的能量总和,是一种取之不尽、尚未得到大量开发利用的能源。

风能是空气在流动过程中所产生的能量,而大气运动的能量来源于太阳辐射。由于地球表面各处受太阳辐射后散热的快慢不同,加之空气中水蒸气的含量不同,从而引起各处气压的差异,结果高气压地区空气便向低气压地区流动,从而形成了风。因此,风能是一种不断再生的、没有污染的清洁能源。太阳不断地向地球辐射能量,而到达地球的太阳辐射能中,约有20%被地球大气层所吸收,其中只有很小的一部分被转化为风能,它相当于10800亿吨煤所储藏的能量。据计算,风能量大约相当于目前地球上人类一年所消耗能量总和的100倍。

风能的利用

风能的大小和风速有关,风速越大,风所具有的能量就越大。通常,风速为8~10米/秒的5级风,可使小树摇摆,水面起波,吹到物体表面的力,每平方米面积上达10千克;风速20~24米/秒的9级风,可以使平房屋顶和烟囱受到破坏,吹到物体表面的力,每平方米面积上达50千克;风速为50~60米/秒的台风,对于每平方米物体表面的压力,高达200千克。整个大气中总风力的1/4在陆地上空,而近地面层每年可供利用的风能,约相当于500万亿千瓦时的电力。由此可见,风能之大是多么的惊人。

人类对于风能的利用是比较早的。早在公元前一两千年,我国就已开始使用风车。2000多年前,我国已有了利用风力的帆船。19世纪末,人们开始研究风力发电,1891年,丹麦建造了世界上第一座试验性的风能发电站。到了20世纪初,一些欧洲国家如荷兰、法国等,纷纷开展风能发电的研究。由于近年来还广泛开展了风能在海水淡化、航运、提水、供暖、制冷等方面的研究,使风能的利用范围得到了进一步的扩大。

风能发电

现代化的风能利用主要是供发电。利用风能发电,尽管受风力大小变化的影响,但既没有辐射的潜在危险,又不会污染,因而,受到人们的青睐。

美国是世界上最大的风力发电生产国,其生产的风能电力约占世界的85%。大部分风力公司集中在加利福尼亚州,共有15000台风力涡轮发电机,装机容量足以满足旧金山所有家庭、工厂、企业用电需要,每年生产的能最相当于350万桶石油。其中,最大的风力发电公司是设在利弗莫尔的美国风力公司,它管理着大约4000台风力涡轮机。

欧洲也极为重视风力发电的研究,现在其投资约为美国的10倍。丹麦是世界上第二大风能生产国,1990年其风轮机发电,占其电力总生产的2%。日本从1983年起,分别在东京都的三宅岛和冲绳县冲永良部岛着手进行风力发电设施的研究,并已取得了一些基础数据。今后的课题是选定风力条件好的发电场所,揭示风力发电实用化的可能性。

我国地域辽阔,蕴藏着非常丰富的风能资源。据计算,全国风能资源总储量约为每年16亿千瓦,其中近期可开发利用的约为每年1.6亿千瓦。我国东南、华东、华北地区沿海及岛屿的平均风速为6~7米/秒,而这些地区又迫切需要电力;西北牧区,地势较高,风速较大,平均风速在4米/秒以上,但这一带地广人稀,居民点分散,燃料奇缺,也迫切需要电能;西南地区一些山区风口,风速大,风向稳定,有着发展风力发电的优越条件。因此,在我国因地制宜地开发利用风能,不仅可以扩大能源,而且有助于解决边远地区孤立用电户的需要,因而有着重要的现实意义。我国现在最大的风力发电站,是1983年建造在浙江泗礁岛上的40千瓦风力发电站,现已并网发电。由于内蒙古具有发展风力发电的优越条件,所以目前在这一地区已安装了风力发电机1700多台,装机总容量在19万多千瓦,基本上解决了牧民们用电的需要。

根据我国风能资源分布情况和当前的技术条件,近期开发利用风能的重点将放在内蒙古、东北、西北、西藏和东南沿海,以及岛屿、高山、风口等风能资源丰富的地区。在年平均风速超过6米/秒的地区,特别是电网很难达到的牧区、海岛和高山边远地区,开发利用风能资源更具有深远意义。

风力发电的利用

风力发电就是把风的动能转变成机械动能,再把机械能转化为电力动能的过程。风力发电的原理(或者过程),是利用风力带动风车叶片旋转,再通过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。依据目前的风车技术,大约是每秒3米的微风速度,便可以开始发电。但从经济的角度出发,风速大于每秒4米才适宜于发电。风力发电的优点之一是不需要使用燃料,也不会产生辐射或空气污染。