風(fēng)能資源是如何開(kāi)發(fā)與利用?_綜合智慧能源_地大熱能

古代的風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用
風(fēng)能具有悠久的利用歷史，在蒸汽機發(fā)明以前，風(fēng)能曾經(jīng)作為重要的動(dòng)力，用于船舶航行、提水飲用和灌溉、排水造田、磨面和鋸木等，最早的利用方式是“風(fēng)帆行舟”。我國是最旱使用帆船和風(fēng)車(chē)的國家之一，至少在3000年前的商代就出現了帆船，唐代有“乘風(fēng)破浪會(huì )有時(shí)，直掛云帆濟滄?！钡脑?shī)句，可見(jiàn)那時(shí)風(fēng)帆船已廣泛用于江河航運。最輝煌的風(fēng)帆時(shí)代是中國的明代，14世紀初葉中國航海家鄭和七下西洋，龐大的風(fēng)帆船隊功不可沒(méi)。明代以后，風(fēng)車(chē)得到了廣泛的使用，人們已經(jīng)懂得利用風(fēng)帆驅動(dòng)水車(chē)灌田的技術(shù)。中國沿海沿江地區的風(fēng)帆船和用風(fēng)力提水灌溉或制鹽的做法，一直延續到20世紀50年代，僅在江蘇沿海利用風(fēng)力提水的設備曾達20萬(wàn)臺。
 
12世紀，風(fēng)車(chē)從中東傳入歐洲。16世紀，荷蘭人利用風(fēng)車(chē)排水、與海爭地，在低洼的海灘地上建國立業(yè)，逐漸發(fā)展成為一個(gè)經(jīng)濟發(fā)達的國家。今天，荷蘭人將風(fēng)車(chē)視為國寶，北歐國家保留的大量荷蘭式的大風(fēng)車(chē)，已成為人類(lèi)文明史的見(jiàn)證。在蒸汽機出現之前，風(fēng)力機械是動(dòng)力機械的一大支柱，其后隨著(zhù)煤、石油、天然氣的大規模開(kāi)采和廉價(jià)電力的獲得，各種曾經(jīng)被廣泛使用的風(fēng)力機械，由于成本高、效率低、使用不方便等，無(wú)法與蒸汽機、內燃機和電動(dòng)機等相競爭，漸漸被淘汰。


 
我國的風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用現狀
我國風(fēng)能資源豐富，主要集中在東南沿海及海島上，北部、西北和東北的草原、戈壁地區。目前，東南沿海是最大風(fēng)能資源區，風(fēng)能密度為200W/M2～300W/M2，大于6m/s的風(fēng)速時(shí)間全年3000h以上就可取得較大經(jīng)濟效益。全國風(fēng)能資源總量約42億千瓦，技術(shù)可開(kāi)發(fā)量約3億千瓦。統計顯示：截至2010年底，中國全年風(fēng)力發(fā)電新增裝機達1600萬(wàn)千瓦，累計裝機容量達到4182．7萬(wàn)千瓦，首次超過(guò)美國，躍居世界第一。隨著(zhù)我國特高壓電網(wǎng)及智能電網(wǎng)的提高，預計在2015年左右我國風(fēng)電并網(wǎng)能力將超過(guò)90GW，其中我國將在西北地區包括甘肅、新疆及內蒙省份及地區幵展GW級風(fēng)電場(chǎng)的建設。據《中國風(fēng)電發(fā)展報告2010》預測，2020年中國風(fēng)電累計裝機容量可以達到2．3億千瓦，相當于13個(gè)三峽電站；總發(fā)電量可以達到4649億千瓦時(shí)，相當于取代200個(gè)火電廠(chǎng)。
 
2008年8月，甘肅酒泉千萬(wàn)千瓦級風(fēng)電基地建設全面啟動(dòng)，這標志著(zhù)我國正式步入了打造“風(fēng)電三峽”工程階段。這是國家繼西氣東輸、西油東輸、西電東送和青藏鐵路之后，西部大開(kāi)發(fā)的又一標志性工程。冬日的酒泉瓜州縣，一排排銀白色的風(fēng)力發(fā)電機在碧藍色天空的映襯下，顯得蔚為壯觀(guān)，分外醒目。位于甘肅省河西走廊西端的酒泉市是中國風(fēng)能資源豐富的地區之一，境內的瓜州縣被稱(chēng)為“世界風(fēng)庫”，玉門(mén)市被稱(chēng)為“風(fēng)口”。據氣象部門(mén)最新風(fēng)能評估結果表明，酒泉風(fēng)能資源總儲量為1.5億千瓦，可開(kāi)發(fā)量4000萬(wàn)千瓦以上，可利用面積近1萬(wàn)平方公里。10米高度風(fēng)功率密度均在每平方米250-310瓦以上，年平均風(fēng)速在每秒5.7米以上，年有效風(fēng)速達6300小時(shí)以上，年滿(mǎn)負荷發(fā)電小時(shí)數達2300小時(shí)，無(wú)破壞性風(fēng)速，對風(fēng)能利用極為有利，適宜建設大型并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)。為此，國家在2008年批準了酒泉千萬(wàn)千瓦級風(fēng)電基地規劃。而今，酒泉市現已建起中國第一個(gè)千萬(wàn)千瓦級超大型風(fēng)電基地，為中國最重要的風(fēng)電基地。在甘肅酒泉風(fēng)電基地玉門(mén)風(fēng)電場(chǎng)一片絢麗的晚霞中，風(fēng)車(chē)在日落余暉的映襯下顯出動(dòng)人魅力，絢麗的晚霞映紅天際，美景如畫(huà)。目前，甘肅酒泉風(fēng)電基地裝機容量達605萬(wàn)千瓦，安裝風(fēng)機3773臺。截至2014年底，酒泉風(fēng)光電并網(wǎng)裝機920萬(wàn)千瓦。其中,風(fēng)電800萬(wàn)千瓦,節約標準煤1355.2萬(wàn)噸,減少二氧化碳排放4094.3萬(wàn)噸,減少二氧化硫排放14萬(wàn)噸,減少氮氧化物排放7萬(wàn)噸。
 
風(fēng)能與其他能源相比，有其明顯的優(yōu)點(diǎn)：蘊量巨大、可以再生、分布廣泛、沒(méi)有污染。風(fēng)能和陽(yáng)光一樣，是取之不盡、用之不竭的再生能源；風(fēng)力發(fā)電沒(méi)有燃料問(wèn)題，不會(huì )產(chǎn)生輻射或二氧化碳公害，也不會(huì )產(chǎn)生輻射或空氣污染；而且從經(jīng)濟的角度講，風(fēng)力儀器比太陽(yáng)能儀器要便宜九成多。中國風(fēng)能儲量很大、分布面廣，甚至比水能還要豐富。合理利用風(fēng)能，既可減少環(huán)境污染，又可減輕越來(lái)越大的能源短缺的壓力。
 
我國的風(fēng)能資源的特點(diǎn)

我國風(fēng)能資源具有得天獨厚的蘊藏優(yōu)勢。我國位于亞歐大陸的東部 ,瀕臨世界最大的大洋——太平洋，強烈的海陸差異，在我國形成世界上最大的季風(fēng)區。加上遼闊的國土面積，復雜的地形,從而形成我國豐富的風(fēng)能資源。而且在陸地上，我國風(fēng)能資源豐富的地區主要集中在北部、西北和東北的草原、戈壁灘以及東部、東南部的沿海地帶和島嶼上。這些地區缺少煤炭及其它常規能源，并且冬春季節風(fēng)速高，雨水少；夏季風(fēng)速小，降雨多，風(fēng)能和水能具有非常好的季節補償。

另外，在中國內陸地區，由于特殊的地理條件，有些地區具有豐富的風(fēng)能資源，適合發(fā)展風(fēng)電。比如江西省都陽(yáng)湖地區以及湖北省通山地區。海上有豐富的風(fēng)能資源和廣闊平坦的區域，使得近海風(fēng)力發(fā)電技術(shù)成為研究和應用的熱點(diǎn)。在海洋上方面，我國海上風(fēng)能資源儲量遠大于陸地風(fēng)能，儲量10m高度可利用的風(fēng)能資源超過(guò)7億kW，而且距離電力負荷中心很近。上海已開(kāi)始海上風(fēng)力發(fā)電項目的建設，到2010年，上海的風(fēng)力發(fā)電總裝機容量將達到200-300兆瓦。為達到這一目標，中國第一座長(cháng)距離跨海大橋東海大橋兩側將建成中國內地首個(gè)海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)。海上發(fā)電是國際風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新領(lǐng)域，是未來(lái)的發(fā)展方向。目前，我國在風(fēng)能利用方面與國際水平還存在一定差距，但是發(fā)展很快，在規模和水平上都有很大提高。
 


風(fēng)能的具體用途
我國利用風(fēng)能的歷史較為久遠，風(fēng)能的利用途徑多樣，主要有風(fēng)力助燃、風(fēng)力航海、風(fēng)力灌溉等利用途徑。其具體用途也是多樣的：
1.風(fēng)力發(fā)電
利用風(fēng)力發(fā)電已越來(lái)越成為風(fēng)能利用的主要形式，受到世界各國的高度重視，而且發(fā)展速度最快。風(fēng)力發(fā)電通常有三種運行方式。一是獨立運行方式，通常是一臺小型風(fēng)力發(fā)電機向一戶(hù)或幾戶(hù)提供電力，它用蓄電池蓄能，以保證無(wú)風(fēng)時(shí)的用電。
二是風(fēng)力發(fā)電與其他發(fā)電方式（如柴油機發(fā)電）相結合，向一個(gè)單位或一個(gè)村莊或一個(gè)海島供電。三是風(fēng)力發(fā)電并入常規電網(wǎng)運行，向大電網(wǎng)提供電力；常常是一處風(fēng)場(chǎng)安裝幾十臺甚至幾百臺風(fēng)力發(fā)電機，這是風(fēng)力發(fā)電的主要發(fā)展方向。風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)越性可歸納為三點(diǎn)：第一，建造風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的費用低廉，比水力發(fā)電廠(chǎng)、火力發(fā)電廠(chǎng)或核電站的建造費用低得多；第二，不需火力發(fā)電所需的煤、油等燃料或核電站所需的核材料即可產(chǎn)生電力，除常規保養外，沒(méi)有其他任何消耗；第三，風(fēng)力是一種潔凈的自然能源，沒(méi)有煤電、油電與核電所伴生的環(huán)境污染問(wèn)題。
2.風(fēng)帆助航
風(fēng)能最早的利用方式是“風(fēng)帆行舟” 。埃及尼羅河上的風(fēng)帆船、中國的木帆船，都有兩三千年的歷史記載。唐代有“乘風(fēng)破浪會(huì )有時(shí)，直掛云帆濟滄?！痹?shī)句，可見(jiàn)那時(shí)風(fēng)帆船已廣泛用于江河航運。最輝煌的風(fēng)帆時(shí)代是中國的明代， 14 世紀初葉中國航海家鄭和七下西洋，龐大的風(fēng)帆船隊功不可沒(méi)。在機動(dòng)船舶發(fā)展的今天，為節約燃油和提高航速，古老的風(fēng)帆助航也得到了發(fā)展。航運大國日本已在萬(wàn)噸級貨船上采用電腦控制的風(fēng)帆助航，節油率達15％。
3.風(fēng)力提水
1000多年前，中國人首先發(fā)明了風(fēng)車(chē)，用它來(lái)提水、磨面，替代繁重的人力勞動(dòng)。風(fēng)力提水自古至今一直得到較普遍的應用。20世紀下半時(shí)，為解決農村、牧場(chǎng)的生活、灌溉和牲畜用水以及為了節約能源，風(fēng)力提水機有了很大的發(fā)展?，F代風(fēng)力提水機根據用途分為兩類(lèi)：一類(lèi)是高揚程小流量的風(fēng)力提水機，它與活塞泵相配，提取深井地下水，主要用于草原、牧區，為人畜提供飲水；另一類(lèi)是低揚程大流量的風(fēng)力提水機，它與螺旋泵相配，提取河水、湖水或海水，主要用于農田灌溉、水產(chǎn)養殖或制鹽。
4.風(fēng)力致熱
隨著(zhù)生活水平的提高，家庭用熱能的需要越來(lái)越大，特別是在高緯度的歐洲、北美取暖、燒水是耗能大戶(hù)。為解決家庭及低品位工業(yè)熱能的需要，風(fēng)力致熱有了較大的發(fā)展。風(fēng)力致熱”是將風(fēng)能轉換成熱能。目前有三種轉換方法。一是風(fēng)力機發(fā)電，再將電能通過(guò)電阻絲發(fā)熱，變成熱能。雖然電能轉換成熱能的效率是100％，但風(fēng)能轉換成電能的效率卻很低，因此從能量利用的角度看，這種方法是不可取的。二是由風(fēng)力機將風(fēng)能轉換成空氣壓縮能，再轉換成熱能，即由風(fēng)力機帶動(dòng)一離心壓縮機，對空氣進(jìn)行絕熱壓縮而放出熱能。三是將風(fēng)力機直接轉換成熱能。顯然第三種方法致熱效率最高。風(fēng)力機直接轉換熱能也有多種方法。最簡(jiǎn)單的是攪拌液體致熱，即風(fēng)力機帶動(dòng)攪拌器轉動(dòng)，從而使液體（水或油）變熱?！耙后w擠壓致熱”是用風(fēng)力機帶動(dòng)液壓泵，使液體加壓后再從狹小的阻尼小孔中高速?lài)姵龆构ぷ饕后w加熱。此外還有固體摩擦致熱和渦電流致熱等方法。
 
風(fēng)能作為一種清潔，安全，可再生的綠色能源，對于人類(lèi)社會(huì )可持續發(fā)展具有重要意義，因而它具有極大的推廣價(jià)值和發(fā)展潛力?，F今調整能源結構、減少溫室氣體排放、緩解環(huán)境污染、加強能源安全已成為國內外關(guān)注的熱點(diǎn)，我國也對可再生能源的利用,特別是風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用也給予了高度重視。我們相信隨著(zhù)對風(fēng)能的不斷開(kāi)發(fā)與研究，這一新能源定會(huì )在環(huán)境保護的浪潮中發(fā)揮出獨特的作用，讓地球遠離陰霾，重新綻放華彩。