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风吹绿电来——如何有效利用风能

        发布时间:2017-11-06        

风能相对于传统的化石能源,是一种清洁能源,利用风能的最好途径就是将风能转化为电能使用。

1. 风是如何形成的?

风的能量主要来自于太阳能,太阳的辐射给地球上的空气加热时,地球大气受热并不均匀,温度高的地方空气上升,于是在地表形成了低压;温度低的地方空气下降,在地表形成了高压。高压和低压之间形成气压梯度,空气从高压区向低压区流动,就形成了水平运动的风。

2. 风按照强度分类,可以分为哪几级?

你一定在天气预报中听到过类似这样的说法,“渤海风力6~7级转4~5级”。这里所说的“级”就是按照强度对风的分类,称为“蒲福风力等级”。它把风按照风速分为从0~12共13个等级,数字越高,风速越快,风中所携带的能量越大。

为了方便记录,人们还给这13个等级的风分别起了名字:0级为无风,1级为软风,2级为轻风,3级为微风,4级为和风,5级为清风,6级为强风,7级为疾风,8级为大风,9级为烈风,10级为狂风,11级为暴风,12级为飓风。

3. 风能的特点是什么?

我们来看看风能的特点:首先,风能的蕴量巨大。太阳辐射到地球的能量中,有2%转化为风能,这可是一个非常庞大的数字。

地球上的风能约为27400亿千瓦,其中可以利用的约200亿千瓦,这个数量有多大呢?它是地球上可开发利用的水能总量的10倍!全世界每年燃烧煤炭得到的能量,还不到风能在同一时间内提供给地球能量的1%。

风能最厉害的地方还不仅限于此。风能是可再生的,几乎可以说是取之不尽、用之不竭的。另外,风能是清洁能源,现如今人们使用的风能利用技术不会造成空气污染。

然而有效地利用风能可并不简单,摆在人们面前的困难重重。

第一,风功率密度低,也就是说风能虽然大,但是很难集中利用。为什么说风能多,但不集中呢?如果我们利用化石能源,开采一个煤矿或者油田就行了;如果利用水能,在合适的地方修个水电站就可以了。风能四处皆是,很难把它们集中利用。因此需要选好风电场场址,形成规模化利用。

第二,风能是不稳定的,一阵风大,一阵风小,几乎没什么规律,让人很难掌控。

第三,风能的分布很不均匀。要想利用好风能肯定需要很多技术手段。

4. 我国的风能主要分布在哪些地区?

度量一个地方风能资源是否丰富,我们常用“风功率密度”这个概念,它的单位是“瓦/平方米”。

如果我们把风能资源的多少画在中国地图上,就会见到一个很有意思的画面:西北、东北、华北、东南地区都是风能资源丰富的地方,中原地带和西南、东南部分地区的风能资源贫乏。

我国风能资源总的技术可开发利用量为7亿~12亿千瓦。蒙东、蒙西、新疆哈密、甘肃酒泉、河北坝上、吉林西部、江苏沿海、山东沿海等地区是我国风能资源最丰富的地区,50米高度3级以上风能资源潜在开发量约18.5亿千瓦,占全国陆上风能资源的77.7%。

5. 人们是如何利用风能发电的?

风力发电的基本原理简单来说,就是将风的动能转变为机械能,再将机械能转变为电能。

具体来说,就是风吹过风车桨叶时在桨叶正反面形成压差,驱动风轮旋转,将风的动能转变为风轮的机械能。发电机在风轮的带动下旋转发电,将机械能转变为电能。实现这一能量转换的设备为风力发电机组。

风力发电机组的功率是衡量风力发电机组发电能力的指标,功率越大,则发电能力越强。风电机组在达到额定功率之前,其输出功率和风速的立方成正比,因此风速是风能资源的关键因素。

但是,人们从风中提取的能量最多只能是它的59.6%,一般情况下要小于40%。

小知识:风能利用的历史

人们很早就注意到风能是一种非常好的能源,而且一直在寻找各种有效利用的方法。在几千年之前,古埃及人就发明了风帆,他们在船上安上风帆,借助风力使船航行。中国在明代之后,开始普遍使用风帆驱动水车灌田。

18世纪,荷兰曾利用近万座风车将海堤内的水排干,成了著名的风车之国。这种风车在欧洲大陆很普遍,是机械能的主要来源。可是后来,蒸汽机、电动机等高效的新兴机械产品出现了,古老的风车显得又慢又笨,于是被纷纷弃之不用。

风能重新被规模利用,是1973年发生石油危机以后,美国、西欧的一些国家为寻求替代化石燃料的能源,利用计算机、空气动力学和材料科学等领域的新技术研制出现代风力发电机组,加之人们越来越意识到常规化石能源对环境的污染,于是积极开发清洁、可再生的能源。风能作为一种很好的清洁能源,如今越来越受到人们的重视,并被大规模开发利用。

来源:《亮报》2015年8月5日科普版

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