学文网风能是21世纪人类理想的能源资源
风就存在于我们的身边,我们人类也都习惯了风的存在。可是什么是风能,风能又有哪些特点,人类是怎样一步一步地开发利用风能,以及为什么风能又会成为21世纪人类理想的能源资源呢?这些问题,我们也许还没有认真地思考过,下面我就从以上四个方面讨论一下风能。
1、风能的概念与计算公式
风是一种自然现象。由于不同地表(如海洋、森林、田野、山岳和沙漠等)在白天受太阳照射以及晚上吸放热的特性不同,对空气加热(或放热)的差异,造成了空气的流动,通常人们将垂直上下的流动称为“气流”,将水平流动称为“风”。由于空气是有一定质量的,因而其流动时必然具有一定能量,这就是风能。
其计算公式为:E=551ρgAv(kw)。ρ代表空气密度,单位是kg/m3;A代表空气流动面积,单位是m2;g=9.8m/s2;v代表空气流动速度,单位是m/s.
2、风能的特点
(1)蕴藏量丰富。风能是全球水能的10倍多,我国仅陆地上就有风能资源大约1.6×109kW。
(2)可以再生,永不枯竭。风能是太阳能的变异,只要太阳和地球存在,就有风能,它取之不尽,用之不竭,是可再生的。
(3)清洁无污染,随处都可开发利用。
3、人类风能开发史回顾
风能作为一种清洁、安全的可再生能源,千百年来一直受到人类的重视。有资
料表明,人类利用风能的历史源于亚洲。早在公元前2000多年,中国和波斯国(现伊朗)
就开始利用风车提水,灌溉农田;公元前1700多年,亚洲的巴比伦王国也开始利用风车灌溉
农田。此后又过了大约3000年左右,到公元1100年,风车技术从亚洲传到欧洲。到13世纪,风车已在全欧洲得到广泛应用。
随着欧洲人对美洲大陆的殖民统治,也将风车带到了南美和北美。18世纪风车在全世界
范围得到普遍应用,成为人类社会的重要动力工具之一,因而历史学家把18世纪称为风车应
用的“黄金时代”。由于蒸汽机的发明和广泛应用,人们对风能应用似乎兴趣大减。但在19
世纪后期,由于物理学的发展,人们发明了发电机,一些科学家产生了用风车带动发电
机发电的设想,从此揭开了人类利用风能的新篇章。
1890年,丹麦制造了人类社会第一台风力发电机;由于风力机机械故障频发和发电成本较高,因而风力发电并没有得到足够的重视。风力发电真正得以大发展是在本世纪50年代中期到80年代中期的30年中。在这段时间里,也由于火电造成的环境污染日益严重,而且正逐步耗尽人类有限的矿物资源,人们对可再生能源的风能越来越重视。经过30年的努力,风力发电逐步从科研走向产品,从实验走向实用。在风力发电领域贡献突出的国家中,首推美国和丹麦。
二战后,美国越来越认识到能源问题的重要性和严重性,因而投入大量资金
开展风电的研究开发,并取得了丰硕的成果。50年代末研制成功50kW风力发电机,60年代
研制成功300kW风力机;从70年代开始到80年代末期,以Mod-0,Mod-1和Mod-2等机型为代表,风力发电机的功率从500kW逐步上升到了2000kW。在增加风力机输出功率的同时,
还十分重视提高运行可靠性。尤其是Mod-1和Mod-2,前者采用了微机控制,后者采用了发电机
内部微处理器的技术,使风力发电机能根据外界风力的大小、强弱和方向变化而改变转速、风
向和叶片的角度,从而大大提高了运行可靠性,满足了并网发电的要求。
丹麦则因是一个风力资源丰富的国家,风力发电被视为主要的替代能源。从50年代开始,它的两家公司先后研制成功100kW、300kW、500kW和750kW风力机。在研制大功率风力
发电机的同时,还注重进行可靠性研究和降低风力发电机价格。目前,丹麦的中型风力发电
机以可靠性高、性能价格比高而着称于世,它每年大约出口600台300kW到500kW的风力发
电机。
4、根据以上风能的特点和人类开发风能的历史,我们不难想象风能将是21世纪人类理想的能源资源。原因概括起来有以下几点:
(1)矿物能源的有限性迫使人们越来越重视风能等可再生能源的开发与利用。据1987年
第二届太平洋煤炭会议资料介绍,按当时的开采速度,石油只能开采34年,天然气为60年,煤
炭只能维持约200年。而风能资源量大且可再生。
(2)化石燃料利用中不可避免的环境污染问题也使人们越来越倾向于风能等“绿色能源”的开发与利用。如据联合国环境署1997年报告:在过去20年,全世界能源消耗增长了50%,从
现在到2020年,全球能源消耗还将比现在增长50%~100%,由此造成温室气体排放将会增加
45%~90%,从而带来灾难性后果再如按照我国电力部规划,2000年全国风电场装机容量将超过100万kW,年发电量预计达到30亿kWh。若以相应的风电代替煤电,可减少污染物排放量约为:CO2--2250000t、SO2--18300t、NO2--13500t、粉尘--15600t。
同时,在经济上每年还可减少燃煤消耗数百万吨,并相应节约大量运力、发电用水和灰场
占地。可见发展风电不但具有可观的环境效益,而且具有可观的经济效益。此外有充分的事实
证明,风能开发越充分,越有利于环境的保护与优化。
(3)风电技术的逐步成熟和风电机性能价格比的提高,使风电成本降低,逐步具备了与
其他能源竞争的实力。风电在某些国家能源构成及消费中的比例越来越高,而且随着技术的进
步,社会的发展,这一比例还会更高。风能等洁净、可再生能源的开发与利用将成为人类实施
能源可持续发展战略的重要举措与途径。
(4)与其他可再生能源相比,风能具有一次投入少,建设周期短,见效快,投入/产出比
好等优点,是人类近期最有可能大规模开发的新能源。据国内有关资料显示:目前我国核电动态投资为24000元/kW,容量系数为0.66;60万kW机组火电投资为7000元/kW,容量系数为0.76;太阳能开发每kW投资约5万元;潮汐能开发每kW投资为1.5~2万元;而风能开发 每kW的投资为1.2万元左右,容量系数0.3左右。与水电相比也具优势。大型水电站建设每kW造价7000~8000元;中型水电站每kW造价则在1。2万元到1。5万元。另外水电站、火电站的建设一般都在3年以上,核电站的建设周期则更长,而且水电站、火电站、核电站建成后的运行维护费用也是极高的;而风电站建设只要是列入规划的项目,1~2年即可投入运行,而且运行管护费用相对也较低。
综上,在充分理解风能的概念及其特点,回顾人类对风能的开发史,并将风能在各个方面与其它现有能源资源的比较后,我们不难做出“风能是21世纪人类理想的能源资源”的结论。
今后世界各国的发展将在更大程度上依赖于风能这一取之不尽、用之不竭的清洁安全的资源,将把其作为主要能源来源。风能的大开发和利用,将有效的解决目前人类对环境所造成污染与破坏,这对人类的可持续发展有着战略性的意义。
转载请注明出处学文网 » 风能是21世纪人类理想的能源资源