江苏省风能资源的分布和利用

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1、江苏省风能资源的分布和利用 张一民 沈才元 刘凤英 江苏省气候应用所 提要 江苏省地处祖国的东南沿海, 境内河网交错, 水域面积大, 风能资 源较为丰富, 里下河地区就有着风能利用的悠久历史。本文应用 19751990 年 气象台站的自记风资料, 用代表年法计算了全省 40 个站点的的风能, 对风能的 年、 季、 日变化作了分析, 并以此为依据进行了全省的风能区划。 同时还分析了江 苏近年来风能利用的情况, 从而为今后本省开发和利用这一自然能源的潜力和 前景作了探讨和展望。 关键词 有效风能 风能资源 风能利用 一、 有效风能的时空分布 1. 年有效风能密度和小时数 气象专家认为: 当风速在3

2、. 020. 0m/ s 时所产生的风能是我国在当前技术条件 下可利用的能量, 被称之为有效风能。江苏 省年有效风能密度的分布, 大部分地区在 5080W/ m 2, 沿海岸地区可达 100W/ m2 以上, 如燕尾港为 147. 9W/ m 2, 最高值在海 岛上, 如西连岛为 291. 8W/ m 2。 低值区有两 个, 分别是徐淮西北部和沿江的常、 镇、 扬地 区, 最低值在沭阳为 40. 2W/ m2。有效风能 小时数的分布与风能密度类似, 仍然是沿海 为多, 西连岛和燕尾港都超过 6500 小时, 全 省大部分地区在 40005000 小时。不足 4000 小时的低值区除与上述风能密

3、度的两 个相同的区域外, 又增加了宜溧山地, 最低 值仍然是沭阳仅有 2501 小时。 2. 各季有效风能密度和小时数 由于生产和生活对能量的需求随季节 和时间而不同, 因此了解和掌握风能的时程 分配是十分必要的。 表 1 江苏省四季有效风能的分布( 单位: 风能密度 w/ m 2 风能累积时数: 小时) 季 节春 季夏 季秋 季冬 季 站 名密度时数密度时数密度时数密度时数 赣 榆76. 0142654. 6113959. 199679. 8966 西连岛258. 31690227. 91708348. 91627341. 21554 沭 阳49. 590519. 455734. 44224

4、0. 5616 洪 泽74. 0135244. 299946. 686267. 91095 大 丰101. 3161270. 7135268. 4113579. 71387 兴 化65. 4139146. 2116351. 599968. 21117 吕 四97. 4157974. 1135890. 01429122. 71505 南 通57. 9127145. 0111442. 494953. 81128 南 京79. 5127464. 0111754. 395077. 11000 东 山76. 7145372. 5145175. 2126699. 71252 331997年第 1 期 能源

5、研究与利用 我们以 35 月为春季, 68 月为夏 季, 911 月为秋季, 122 月为冬季, 分别 计算了各季的风能, 结果表明( 参见表 1) : 风能密度全省基本上是春季最大, 冬季次 之, 夏季最小( 70% 的市县) 。小时数的分布 与密度有所不同, 尽管春季的时数依然最 多, 但次多季是冬季的市县只有 39% , 61% 的市县却是夏季, 时数最少的季节是秋季。 风能密度的大小与小时数的多少在季节上 并不完全一致, 夏季的风能密度小, 反映该 季节的大风频率少, 但我省夏季对流性不稳 定天气多, 近地面的风以 3. 0m/ s 以上的为 多, 所以可利用的风能时数并不最少; 暮秋

6、 时节我省常有寒潮入侵, 它所带来的大风天 气使得该季节的大风频率增多, 因而风能密 度比夏季要大, 但平均来看, 我省秋季多稳 定天气, 静风及小风速也较多, 所以造成可 利用的风能时数较少。 图 1( a) 吕四、 东山、 兴化有效风能密度日变化 图 1( b) 吕四、 东山、 兴化有效风能小时数日变化 3. 风能的日变化 在没有特殊天气系统影响时, 风速的日 变化呈明显的周期性, 因而风能也有与之对 应的日变化。 图 1 是兴化、 吕四、 东山三个站 点年平均有效风能密度和小时数的日变化 曲线图。从图中可以看出, 密度和小时数都 有一显著的峰区, 即日出后的 8 时至日落前 的 17 时

7、, 峰顶约在午后的 13 时。密度曲线 无明显的谷区, 说明风能密度在白昼较大, 在夜间基本保持在一个较稳定的范围内。 时 数曲线呈明显的一峰一谷形式, 谷底约在凌 晨的 34 时, 从 6 时起时数值迅速增加, 至 13 时已从 200 小时增至 330 小时, 即在 6 时, 一年里有 55%的时间是风能可以利用, 而到 13 时, 已有 90%的日数为风能可利用 时间。 从16时起, 时数曲线有一个快速递减 的趋势, 到 20 时沿海的吕四已减至与 6 时 相同的数值, 而内陆的兴化和东山递增的较 为缓和, 比 6 时还多 3040 小时。 三个站点的风能虽然都有显著的日变 化, 但地处

8、太湖之滨的东山, 其日变化的幅 度要小于另两个站。 它的风能密度曲线尽管 是夜低昼高, 但变化较为平缓, 最低值是 72W/ m 2, 最高值为 91W/ m2, 振幅仅 19W/ m 2, 而吕四的振幅为 31W/ m2, 兴化的达 42W/ m 2。这反映出靠近大水域的地方, 风 能的日变化与其它地区相比要缓和得多, 风 能的可利用时间在最少的 4 时, 一年中也有 51% 的日数, 在最多的 13 时也不过 73%的 日数。 江苏省的风能区划结果如下: 1. 风能丰富区: 沿海岛屿夏春强压型。 西连岛年平均有效风能密度为 292W/ m 2, 累积小时数达 6574 小时。 2. 风能较

9、丰富区: 沿海岸春夏强压型, 燕尾港年平均有效风能密度为 148W/ m 2, 34能源研究与利用 1997 年第 1 期 累积小时数 6693 小时。 3. 风能可利用区: 连云港盐城南 通一线以东至海边春冬中压型, 该线以西的 淮河以南广大地区为春夏中压型。 此区域覆 盖江苏大部分陆地, 其年平均有效风能密度 在 5080W/ m 2, 累积小时数在 40005000 小时。 4. 风能贫乏区: 本省淮河以北沭阳以 西春夏中压型。 这一地区的年平均有效风能 密度在 4050W/ m 2, 累积小时数在 2500 3800 小时。 二、 风能利用的现状及前景 风车是劳动人民在生产实践中利用风

10、 能的简易工具, 在无电力时的农田提水灌溉 中发挥了重要的作用。随着 70 年代末我国 对风能研究的兴起, 江苏省的风能利用在 80 年代也出现了一个高潮, 全省不少地区 都出现了利用风机进行风力发电、 风力提水 的尝试。经过十几年的实践和应用, 我省的 风能利用已有了较大的发展。 据有关资料统 计, 1986 年全省风力发电的装机容量仅 1. 7kW, 风力提水 38 处, 到 1995 年装机容量 已达约 80kW, 年发电量近 70MW/ h, 提水 机 76 台, 灌溉面积约 80 公顷。 80 年代在我省沿海及偏僻乡村, 电力 事业尚不完善, 100W 左右的小风电曾给这 些地区的群

11、众生活带来了光明, 解决了长期 以来缺电的困难, 受到了当地人民的热烈欢 迎。尽管 90 年代以来全省各乡村已基本通 电, 单靠小风电解决生活照明已成为历史, 但在电力不足的时候, 小风电仍可发挥显著 的效益。江苏的海岸线约千米, 至今沿海仍 有许多岛屿未能通电, 在这些地区利用风力 发电解决用电问题还是十分必要的。 如连云 港市沿海的团山岛守岛部队就建了一部风 力发电机, 保障了该部的生活用电。据盐城 市农村能源办的调查, 我省沿海和内河的航 运事业非常活跃, 几吨至几十吨的中小型船 上, 其电力问题尚未解决, 而用 200300W 的小风电就可以解决船上的生活用电, 目前 只需投资约 15

12、00 元, 即可买到这一套设备 ( 风机和蓄电池) , 所以在该地区的沿海和内 河里, 常常可以见到船头竖着小风机的大小 船只。 如果能够进一步提高这类设备的生产 技术指标和质量, 那么小风电在本省的中小 航运业中有着更为广泛的高效益的利用前 景。 风力提水是风能利用的最早形式, 80 年代我省的风力提水曾有过大的进展。 不少 盐场利用风机进行提卤, 鱼塘利用风机提 水, 农田利用风机提水灌溉等等。“ 八五” 期 间, 连云港市农村能源办在欧共体的资助下 从“ 风车王国” 荷兰引进 7 台风机, 建在 赣榆盐场的盐田上, 为提水晒盐发挥了积极 作用。由于江苏电力事业的发展, 加上风力 机的价格

13、较高, 设备本身技术上尚不完善, 近几年来使用风机提水的用户已不多了。 若 能够进一步分析总结这些年本省在风力机 提水方面的实践经验, 设计好风机的各类技 术参数, 延长风机的使用寿命, 降低生产成 本, 那么随着江苏沿海滩涂的进一步开发, 为了提高单位盐田的产量, 利用风机提卤并 吹动卤水, 使之加快蒸发, 从而产生较大的 经济效益。另外风力提水在近海养殖中, 在 淡水养殖中, 在农田的排水灌溉中, 作为一 种经济的无污染的能源, 仍然具有良好的使 用价值。 通过对本省新能源应用有关部门的调 查, 我们了解到: 江苏省的风能利用有较好 的基础, 尤其是各级市县都有负责此项工作 的专职干部,

14、随着国家经济的发展, 科技的 进步, 有关部门在风能利用方面的进一步投 入, 风机性能的改善和提高, 相信在不久的 将来, 我省的风能利用会象今天太阳能利用 一样, 出现新的高潮, 这也是江苏省现代化 发展的趋势和标志之一。 三、 小 结 1. 江苏沿海及岛屿为风能的丰富、 较 丰富区, 广大的陆地为风能可利用区, 只有 淮北为风能的贫乏区。 351997年第 1 期 能源研究与利用 2. 江苏的风能利用有较好的基础。随 着经济的发展, 科技的进步, 风能的开发利 用具有广阔的前景。 ( 参考文献 3 种, 从略) 发展前景广阔的水煤浆燃烧技术 邹德进 盐城市农机化研究所 我国的工业锅炉在使用

15、中目前还存在 着一些不容忽视的问题, 一是为数众多的 中、 小型工业锅炉在使用中由于负荷不足、 运行不稳定、 操作维护不当等原因, 其热效 率远低于设计参数, 平均在 55%以下, 造成 能源的大量浪费; 二是这些锅炉不停地排放 出大量的混杂烟气, 造成对环境的严重污 染。 而新兴的水煤浆燃烧技术既能提高锅炉 的热效率, 又能使其环境达到理想的效果。 水煤浆是国内外刚刚开发成功的高新 技术。它由磨细的 70%煤粉、 29. 5%的水、 0. 5%的添加剂混合而成, 粒度小于 0. 25毫 米, 呈悬浮状态, 粘度适当, 可以几个月内不 沉淀, 它是代替油、 与干煤混烧或直接燃烧 的一种新型燃料

16、。 燃用水煤浆具有以下优越性: 1. 易于大量用管道连续输送, 煤炭损 耗小, 不污染环境。 2. 与原锅炉改造及增加其它辅助燃相 比, 改造费用不高。 3. 采用沸腾燃烧技术, 着火燃烧不太 困难。 4. 易于实现常压低热值煤气化, 供各 部门使用。 5. 在水煤浆制备时加入适量的石灰 水, 燃烧脱硫效率可高达 70%以上, 而且设 备简单, 运行费用省。 6. 燃用水煤浆时 NOx 的排放量比燃 煤或燃油低三分之一以上, 这主要是由于水 蒸汽的作用。 水煤浆滴的热力着火温度比干煤球低 50左右, 比原煤低150200。 这是因 为水煤浆滴中水份蒸发后形成一个多孔球, 大大增加了水煤浆的反应表面积, 同时蒸发 出来的水蒸汽也影响着燃烧反应。 另一方面 水煤浆中的水存在易造成延时燃烧、 吸收热 量和因粘度高而影响雾化效果的问题。 为了 解决上述问题, 国内已研制成包括偏置射流 预燃室和直流型低压雾化喷嘴的水煤浆燃 烧设备。 其原理是通过喷嘴使低压下雾化了 的水煤浆先在一个较小的、 易于调节的燃烧 室中点