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風能是21世紀人類理想的能源資源
文章來自3edu教育網(wǎng) 風能是21世紀人類理想的能源資源
風就存在于我們的身邊,我們?nèi)祟愐捕剂晳T了風的存在。可是什么是風能,風能又有哪些特點,人類是怎樣一步一步地開發(fā)利用風能,以及為什么風能又會成為21世紀人類理想的能源資源呢?這些問題,我們也許還沒有認真地思考過,下面我就從以上四個方面討論一下風能。
1、風能的概念與計算公式
風是一種自然現(xiàn)象。由于不同地表(如海洋、森林、田野、山岳和沙漠等)在白天受太陽照射以及晚上吸放熱的特性不同,對空氣加熱(或放熱)的差異,造成了空氣的流動,通常人們將垂直上下的流動稱為“氣流”,將水平流動稱為“風”。由于空氣是有一定質(zhì)量的,因而其流動時必然具有一定能量,這就是風能。
其計算公式為:E=551ρgAv(kw)。ρ代表空氣密度,單位是kg/m3;A代表空氣流動面積,單位是m2;g=9.8m/s2;v代表空氣流動速度,單位是m/s.
2、風能的特點
(1)蘊藏量豐富。風能是全球水能的10倍多,我國僅陸地上就有風能資源大約1.6×109kW。
(2)可以再生,永不枯竭。風能是太陽能的變異,只要太陽和地球存在,就有風能,它取之不盡,用之不竭,是可再生的。
(3)清潔無污染,隨處都可開發(fā)利用。
3、人類風能開發(fā)史回顧
風能作為一種清潔、安全的可再生能源,千百年來一直受到人類的重視。有資
料表明,人類利用風能的歷史源于亞洲。早在公元前2000多年,中國和波斯國(現(xiàn)伊朗)
就開始利用風車提水,灌溉農(nóng)田;公元前1700多年,亞洲的巴比倫王國也開始利用風車灌溉
農(nóng)田。此后又過了大約3000年左右,到公元1100年,風車技術從亞洲傳到歐洲。到13世紀,風車已在全歐洲得到廣泛應用。
隨著歐洲人對美洲大陸的殖民統(tǒng)治,也將風車帶到了南美和北美。18世紀風車在全世界
范圍得到普遍應用,成為人類社會的重要動力工具之一,因而歷史學家把18世紀稱為風車應
用的“黃金時代”。由于蒸汽機的發(fā)明和廣泛應用,人們對風能應用似乎興趣大減。但在19
世紀后期,由于物理學的發(fā)展,人們發(fā)明了發(fā)電機,一些科學家產(chǎn)生了用風車帶動發(fā)電
機發(fā)電的設想,從此揭開了人類利用風能的新篇章。
1890年,丹麥制造了人類社會第一臺風力發(fā)電機;由于風力機機械故障頻發(fā)和發(fā)電成本較高,因而風力發(fā)電并沒有得到足夠的重視。風力發(fā)電真正得以大發(fā)展是在本世紀50年代中期到80年代中期的30年中。在這段時間里,也由于火電造成的環(huán)境污染日益嚴重,而且正逐步耗盡人類有限的礦物資源,人們對可再生能源的風能越來越重視。經(jīng)過30年的努力,風力發(fā)電逐步從科研走向產(chǎn)品,從實驗走向?qū)嵱谩Ｔ陲L力發(fā)電領域貢獻突出的國家中,首推美國和丹麥。
二戰(zhàn)后,美國越來越認識到能源問題的重要性和嚴重性,因而投入大量資金
開展風電的研究開發(fā),并取得了豐碩的成果。50年代末研制成功50kW風力發(fā)電機,60年代
研制成功300kW風力機;從70年代開始到80年代末期,以Mod-0,Mod-1和Mod-2等機型為代表,風力發(fā)電機的功率從500kW逐步上升到了2000kW。在增加風力機輸出功率的同時,
還十分重視提高運行可靠性。尤其是Mod-1和Mod-2,前者采用了微機控制,后者采用了發(fā)電機
內(nèi)部微處理器的技術,使風力發(fā)電機能根據(jù)外界風力的大小、強弱和方向變化而改變轉(zhuǎn)速、風
向和葉片的角度,從而大大提高了運行可靠性,滿足了并網(wǎng)發(fā)電的要求。
丹麥則因是一個風力資源豐富的國家,風力發(fā)電被視為主要的替代能源。從50年代開始,它的兩家公司先后研制成功100kW、300kW、500kW和750kW風力機。在研制大功率風力
發(fā)電機的同時,還注重進行可靠性研究和降低風力發(fā)電機價格。目前,丹麥的中型風力發(fā)電
機以可靠性高、性能價格比高而著稱于世,它每年大約出口600臺300kW到500kW的風力發(fā)
電機。
4、根據(jù)以上風能的特點和人類開發(fā)風能的歷史,我們不難想象風能將是21世紀人類理想的能源資源。原因概括起來有以下幾點:
(1)礦物能源的有限性迫使人們越來越重視風能等可再生能源的開發(fā)與利用。據(jù)1987年
第二屆太平洋煤炭會議資料介紹,按當時的開采速度,石油只能開采34年,天然氣為60年,煤
炭只能維持約200年。而風能資源量大且可再生。
(2)化石燃料利用中不可避免的環(huán)境污染問題也使人們越來越傾向于風能等“綠色能源”的開發(fā)與利用。如據(jù)聯(lián)合國環(huán)境署1997年報告:在過去20年,全世界能源消耗增長了50%,從
現(xiàn)在到2020年,全球能源消耗還將比現(xiàn)在增長50%~100%,由此造成溫室氣體排放將會增加
45%~90%,從而帶來災難性后果再如按照我國電力部規(guī)劃,2000年全國風電場裝機容量將超過100萬kW,年發(fā)電量預計達到30億kWh。若以相應的風電代替煤電,可減少污染物排放量約為:CO2--2250000t、SO2--18300t、NO2--13500t、粉塵--15600t。
同時,在經(jīng)濟上每年還可減少燃煤消耗數(shù)百萬噸,并相應節(jié)約大量運力、發(fā)電用水和灰場
占地�？梢姲l(fā)展風電不但具有可觀的環(huán)境效益,而且具有可觀的經(jīng)濟效益。此外有充分的事實
證明,風能開發(fā)越充分,越有利于環(huán)境的保護與優(yōu)化。
(3)風電技術的逐步成熟和風電機性能價格比的提高,使風電成本降低,逐步具備了與
其他能源競爭的實力。風電在某些國家能源構(gòu)成及消費中的比例越來越高,而且隨著技術的進
步,社會的發(fā)展,這一比例還會更高。風能等潔凈、可再生能源的開發(fā)與利用將成為人類實施
能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要舉措與途徑。
(4)與其他可再生能源相比,風能具有一次投入少,建設周期短,見效快,投入/產(chǎn)出比
好等優(yōu)點,是人類近期最有可能大規(guī)模開發(fā)的新能源。據(jù)國內(nèi)有關資料顯示:目前我國核電動態(tài)投資為24000元/kW,容量系數(shù)為0.66;60萬kW機組火電投資為7000元/kW,容量系數(shù)為0.76;太陽能開發(fā)每kW投資約5萬元;潮汐能開發(fā)每kW投資為1.5~2萬元;而風能開發(fā)每kW的投資為1.2萬元左右,容量系數(shù)0.3左右。與水電相比也具優(yōu)勢。大型水電站建設每kW造價7000~8000元;中型水電站每kW造價則在1。2萬元到1。5萬元。另外水電站、火電站的建設一般都在3年以上,核電站的建設周期則更長,而且水電站、火電站、核電站建成后的運行維護費用也是極高的;而風電站建設只要是列入規(guī)劃的項目,1~2年即可投入運行,而且運行管護費用相對也較低。
綜上,在充分理解風能的概念及其特點,回顧人類對風能的開發(fā)史,并將風能在各個方面與其它現(xiàn)有能源資源的比較后,我們不難做出“風能是21世紀人類理想的能源資源”的結(jié)論。
今后世界各國的發(fā)展將在更大程度上依賴于風能這一取之不盡、用之不竭的清潔安全的資源,將把其作為主要能源來源。風能的大開發(fā)和利用,將有效的解決目前人類對環(huán)境所造成污染與破壞,這對人類的可持續(xù)發(fā)展有著戰(zhàn)略性的意義。 文章來自3edu教育網(wǎng)
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