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1、风能的开发与利用黄冈师范学院教育科学与技术学院孙中立 摘要：在不断持续的能源紧张中，不少人想到了新能源利用。利用洁净的能源(可再生 能源)是人类社会文明进步的表现、是科学技术的发展、是环保理念的体现。洁净能源指太 阳能、风能、潮汐能、生物能等，这都是可再生取之不尽的能源，特别是风能技术最为成熟， 经济可行性较高，是一种较理想的发展能源。风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射 热引起的。风能是太阳能的一种转换形式，是一种重要的自然能源。太阳照射到地球表面， 地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。据估计到达地球的太 阳能中虽然只有大约 2% 转化为风能，但其总量仍是十分可
2、观的。全球的风能约为 2.74X109MW，其中可利用的风能为2X107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10 倍。我国风能资源总量约42亿千瓦，技术可开发量约3亿千瓦。目前东南沿海是最大风能资源区，风能密度为200W/M2300W/M2,大于6m/s的风速时间全年3000h以上就可取得 较大经济效益。风能与其他能源相比，有其明显的优点：蕴量巨大、可以再生、分布广泛、 没有污染。风能和阳光一样，是取之不尽、用之不竭的再生能源；风力发电没有燃料问题， 不会产生辐射或二氧化碳公害，也不会产生辐射或空气污染；而且从经济的角度讲，风力仪 器比太阳能仪器要便宜九成多。中国风能储量很大、分布面广，甚
3、至比水能还要丰富。合理 利用风能，既可减少环境污染，又可减轻越来越大的能源短缺的压力。关键词：风能、能源开发、能源利用、洁净能源Development and utilization of wind energyHuanggang Normal University,Science of education and technological instituteSun ZhongliAbstract :In the ongoing energy crisis, many people came up with new energy. Use of clean energy (renewable
4、 energy) is a sign of civilization and progress of human society,and is science and technology for development,and is the embodiment of the concept of environmental protection. Clean energy such as solar, wind, tidal, biomass,these are renewable inexhaustible energy, especially wind energy technolog
5、y is the most mature, higher economic feasibility, is a better development of energy resources. Wind is a natural phenomenon on the planet, it is caused by solar radiation. Wind energy is a form of conversion of solar energy, is an important natural source of energy. Sun to the Earths surface, the E
6、arths surface heating throughout different, temperature differences, thus giving rise to convective motion of the atmosphere forming air. It is estimated to reach the Earths change while only about 2% in the solar wind, but theirtotal remains very substantial. Global wind energy of about 2.74x109MW,
7、 which can be used for wind 2x107MW, than on the earth can be 10 times larger water energy exploitation and utilization of the amount of times.About wind energy resources in China 4.2 billion-kilowatt, approximately 300 million-kilowatt of the technologies can be developed.It is biggest wind energy
8、resources area to be coastal in the southeast at present, wind energy density 200W/M2-300W/M2, which is larger than 6m/s wind speed in time throughout the year more than 3000 H to obtain greater economic efficiency. Compared with other energies, there are its obvious advantages in the wind energy: T
9、he accumulating amount is enormous, can regenerate, be widespread, free from contamination. The wind energy is the same as sunshine, it is a abundant, inexhaustible regeneration energy; There is no fuel question in the wind-power electricity generation, will not produce radiation or carbon dioxide p
10、ublic hazards, will not produce the radiation or air pollution either; And say, the wind-force instrument is cheaper by more than 90% than the solar energy instrument from economic angleC.hinas wind energy has very large reserves, distributes the surface widely, even more abundant than the hydroener
11、gy. Enable wind rationally, can both reduce the environmental pollution and lighten the pressure of the increasingly heavy energy deficit.Keys: Wind energy / Energy Development / Energy use/ lean Energy一风力发电的现状21 世纪是可再生能源的世纪，由于风能非常丰富、价格非常便宜、能源不会枯 竭，又可以在很大范围内取得，非常干净、没有污染，不会对气候造成影响，因 而风力发电具有极大的推广价值。在中
12、国，风能资源丰富的地区主要集中在北部、 西北和东北的草原、戈壁滩以及东部、东南部的沿海地带和岛屿上。这些地区缺 少煤炭及其他常规能源，并且冬春季节风速高，雨水少；夏季风速小，降雨多， 风能和水能具有非常好的季节补偿。另外，在中国内陆地区，由于特殊的地理条 件，有些地区具有丰富的风能资源，适合发展风电，比如江西省都阳湖地区以及 湖北省通山地区。目前我国的风能利用方面与国际水平还在一定差距，但是发展 很快，无论在发展规模上还是发展水平上，都有很大提高。据资料显示， 2004 年全国在建项目的装机容量约 150 万千瓦，其中正在施工的约 42 万千瓦，可研 批复的68万千瓦，项目建议书批复的 45万
13、千瓦，包括五个10万千瓦特许权项 目。 目前，全国能源结构性矛盾突出，一次能源只有煤炭和水电；而且电煤在煤炭资 源上是有限的，水电开发程度又较低。风电和水电具有不同步发生规律，风力发 电高峰处于秋季与冬季，水利发电高峰期处于春季和夏季，风电和水电具有季节 性特性，可实现季节性互补；风力发电是环保型可再生能源，可改善电源结构， 替代一部分火电容量，节约煤炭，减少污染，保护环境。 据资料显示，“十一五”末全国电网电力开始出现缺额，并且缺额会逐年增加， 其他类型电力资源的供应是在必行，而风电资源是最好的选择。风电场的建设， 可以解决局部地区电网电力不足的矛盾，满足各地电网日益增长的电力需要；同 时可
14、就近向当地供电，减少了长距离输送的网损，提高供电可靠性和经济性。二风力发电模型建立2.1风力发电的基本原理风能具有一定的动能，通过风轮机将风能转化为机械能，拖动发电机发电。风力 发电的原理是利用风带动风车叶片旋转，再通过增速器将旋转的速度提高来促使 发电机发电的。依据目前的风车技术，大约3m/s的微风速度便可以开始发电。 风力发电的原理说起来非常简单，最简单的风力发电机可由叶片和发电机两部分 构成如图1-1所示。空气流动的动能作用在叶轮上，将动能转换成机械能，从而 推动片叶旋转，如果将叶轮的转轴与发电机的转轴相连就会带动发电机发出电 来。2.2风资源概述门叶片(1)风的起源；图1-1凤力发电原
15、理图风的形成乃是空气流动的结果。风就 是水平运动的空气，空气运动主要是 由于地球上各纬度所接受的太阳辐射 强度不同而形成的。大气的流动也像 水流一样，是从压力高处往压力低处 流，太阳能正是形成大气压差的原因。 由于地球自转轴与围绕太阳的公转轴 之间存在66. 5的夹角，因此对地球 上不同地点太阳照射角度是不同的， 而且对同一地点一年中这个角度也是 变化的。地球上某处所接受的太阳辐 射能与该地点太阳照射角的正弦成正 比。(2) 风的参数风向和风速是两个描述风的重要参数。风向是指风吹来的方向，如果风是从东方 吹来就称为东风。风速是表示风移动的速度即单位时间内空气流动所经过的距 离。风速是指某一高度
16、连续10min所测得各瞬时风速的平均值。一般以草地上空10m 高处的10min内风速的平均值为参考。风玫瑰图是一个给定地点一段时间内的风向分布图。通过它可以得知当地的主导 风向。(3) 风能的基本情况1 风能的特点风能的特点主要有：能量密度低、不稳定性、分布不均匀、可再生、须在有风地 带、无污染、分布广泛、可分散利用、另外不须能源运输、可和其它能源相互转 换等。风能资源的估算风能的大小实际就是气流流过的动能，因此可以推导出气流在单位时间内垂直流 过单位截面积的风能，即风功率为二 0.5 pV 3 式中为风能(w)； p为空气密度(kg/m)； v 为风速 (m/s) 。 由于风速是一个随机性很大的量，必须通过一段时间的观测来了解它的平均状 况，一个地方风能潜力的多少要视该地常年平均风能密度的大小。因此需要求出 在一段时间内的平均风能密度，这个值可以将风能密度公式对时间积分后平均来 求得。在风速V的概率分布p(V)知道后，平均风能密度还
