新能源之风能.pptx
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1、 虽然风能有着很大的利用潜力,但风能受地域、环境等各方面的限制,并不是所有的地方都能很好的利用风力资源。在不同的地域环境,可以形成海洋风、陆地风、山谷风等。图1 为地球上风的运动方向 1图2是海陆风形成图图3是山谷风的形成 2 二.风的变化 有两个描述风的重要参数,这就是风向和风速。(1)风随时间的变化 风随时间的变化,包括每日的变化和季节的变化。通常一天之中风的强弱在某种程度上可以看作是周期性的。如地面上夜间风弱,白天风强;高空中正相反是夜里风强,白天风弱。这个逆转的临界高度约为100150m。3不同高度处风速的变化 由于季节的变化,太阳和地球的相对位置也发生变化,使地球上存在季节性的温差。
2、因此风向和风的强度也会发生季节性变化。我国大部分地区风的季节性变化情况是:春季最强,冬季次之,夏季最弱。当然也有部分地区例外,如沿海温州地区,夏季季风最强,春季季风最弱。4 (2)风随高度的变化 从空气运动的角度,通常将不同高度的大气层分为三个区域 离地面2m以内的区域称为底层;2100m的区域称为下部摩擦层;二者总称为地面境界层;从1001000m的区段称为上部摩擦层,以上三区域总称为摩擦层。摩擦层之上是自由大气。5 地面境界层内空气流动受涡流、黏性和地面植物及建筑物等的影响,风向基本不变,但越往高处风速越大。各种不同地面情况下,如城市、乡村和海边平地,其风速随高度的变化如图所示。6 关于风
3、速随高度而变化的经验公式很多,通常采用所谓指数公式,即 ms (1)式中 v 距地面高度为h处的风速,ms;v1高度为h1处的风速,ms;n经验指数,它取决于大气稳定度和地面粗糙度,其值约为1218。对于地面境界层,风速随高度的变化则主要取决于地面粗糙度。不同地面情况的地面粗糙度如表1所示。此时计算近地面不同高度的风速时仍采用式(1),只是用代替式中的指数n。7 不同地面情况下的粗糙度地面情况地面情况 粗糙度粗糙度 地面情况地面情况 粗糙度粗糙度 光滑地面,硬地面,光滑地面,硬地面,海洋海洋 0.10 0.10 树木多,建筑物极少树木多,建筑物极少 0.220.220.24 0.24 草草 地
4、地 0.14 0.14 森林,村庄森林,村庄 0.280.280.30 0.30 城市平地,有较高草城市平地,有较高草地,树木极少地,树木极少 0.16 0.16 城市有高层建筑城市有高层建筑 0.40 0.40 高的农作物,篱笆,高的农作物,篱笆,树木少树木少 0.20 0.20 8 (3)风的随机性变化 如果用自动记录仪来记录风速,就会发现风速是不断变化的,一般所说的风速是指变动部位的平均风速。通常自然风是一种平均风速与瞬间激烈变动的紊流相重合的风。紊乱气流所产生的瞬时高峰风速也叫阵风风速。图9表示了阵风和平均风速的关系。三.风力等级 世界气象组织将风力分为13个等级,如表2所示 910第
5、二节 风能技术应用一风能的衡量 每平米面积上风速为v的风能为:(2)显然风速愈高,风力机可能获得的风能P也愈大,因此风力机应安装在风速大的地方,而且风力机的迎风面积越大,所获得的风能也越多。值得注意的是,由于流经风力机后,风速不可能为零,因此风所拥有的能量并不能完全被利用,也就是说只有风能的一部分被转换成风力机桨叶的机械能,然后这一机械能再被利用来提水,碾米或转换成电能。11 由于空气的密度仅仅是水密度的1816,因此与水能相比,在相同的流速下,风能的能流密度是很低的。风能和其他能源的能流密度之比见表3。由于风能能流密度低就给其利用带来一定的困难。12二风能的利用 人类利用风能的历史可以追溯到
6、公元前。我国是世界上最早利用风能的国家之一。公元前数世纪我国人民就利用风力提水、灌溉、磨面、舂米,用风帆推动船舶前进。到了宋代更是我国应用风车的全盛时代,当时流行的垂直轴风车,一直沿用至今。在国外,公元前2世纪,古波斯人就利用垂直轴风车碾米。10世纪伊斯兰人用风车提水,11世纪风车在中东已获得广泛的应用。13世纪风车传至欧洲,14世纪已成为欧洲不可缺少的原动机。在荷兰风车先用于莱茵河三角洲湖地和低湿地的汲水,以后又用于榨油和锯木。只是由于蒸汽机的出现,才使欧洲风车数目急剧下降。13 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
7、发展。美国早在1974年就开始实行联邦风能计划。在瑞典、荷兰、英国、丹麦、德国、日本、西班牙,也根据各自国家的情况制定了相应的风力发电计划。我国位于亚洲大陆东南、濒临太平洋西岸,季风强盛。季风是我国气候的基本特征,如冬季季风在华北长达6个月,东北长达7个月。东南季风则遍及我国的东半壁。根据国家气象局估计,全国风力资源的总储量为每年16亿kW,近期可开发的约为1.6亿kW,内蒙古、青海、黑龙江、甘肃等省风能储量居我国前列,年平均风速大3ms的天数在200天以上。14 我国风力机的发展,在50年代末是各种木结构的布篷式风车,1959年仅江苏省就有木风车20多万台。到60年代中期主要是发展风力提水机
8、。70年代中期以后风能开发利用列入“六五”国家重点项目,得到迅速发展。进入80年代中期以后,我国先后从丹麦、比利时、瑞典、美国、德国引进一批中、大型风力发电机组。在新疆、内蒙古的风口及山东、浙江、福建、广东的岛屿建立了8座示范性风力发电场。1992年装机容量己达8MW。新疆的达坂城的风力发电场装机容量已达3300kW,是全国目前最大的风力发电场。至1990年底全国风力提水的灌溉面积已达2.58万亩、1997年新增风力发电10万kW。目前我国已研制出100多种不同型式、不同容量的风力发电机组,并初步形成了风力机产业。尽管如此,与发达国家相比,我国风能的开发利用还相当落后,不但发展速度缓慢而且技术
9、落后,远没有形成规模。15 风力机的用途主要是用于风力提水、风力发电、风帆助航、风力制热。(1)风力提水:一类是高扬程小流量,它与活塞泵相配提取地下水;另一类是低扬程大流量,它与螺旋泵相配提取湖水或海水。(2)风力发电:一是独立运行方式;二是风力发电与其它发电方式相结合;三是风力发电并入常规电网运行。(3)风帆助航:日本在万吨级货船上采用电脑控制的风帆助航,节油率达15%16(4)风力制热:是将风能转换成热能。目前有三种转换方法。一是风力机发电.二是由风力机将风能转换成空气压缩能,再转换成热能 三是将风力机直接转换成热能 风力机直接转换热能也有多种方法。最简单的是搅拌液体致热,即风力机带动搅拌
10、器转动,从而使液体(水或油)变热(见图10)。17 液体挤压致热”是用风力机带动液压泵,使液体加压后再入狭小的阻尼小孔中高速喷出而使工作液体加热。此外还有固体摩擦致热和涡电流致热等方法。风力机还有多种用途,表4给出了风能利用装置的不同用途、它们的类型和大小。1819风力发电风力发电通常有三种运行方式:一是独立运行方式,它用蓄电池蓄能,以保证无风时的用电;二是风力发电与其他发电方式相结合;三是风力发电并入常规电网运行。201986年,我国山东荣成建成了第一个风电场,安装了3台55KW风电机组,自此之后,全国各地陆续建成了一批风电场,成为世界上风电装机增速最快的国家之一,截止到2007年底全国累计
11、装机约600万KW。2008年8月,中国风电装机总量已经达到700万KW,占中国发电总装机容量的1%,位居世界第五,这也意味着中国已进入可再生能源大国行列。从各地区发展来看,截止到2009年12月31日,中国风电累计装机超过1000MW的省份超过9个,其中超过2000MW的省份有4个,分别是内蒙古(9196.2MW),河北(2788.1MW),辽宁(2425.3MW)和吉林(2063.9MW)。内蒙古2009年当年新增装机5545.2MW,实现150%的大幅度增长,但我国绝大多数机组是从丹麦、德国、美国、比利时和瑞典等国引进的。21风机和风场风机和风场22风力泵水风力泵水从古至今一直得到较普遍
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