風(fēng)可以為我們做些什么有益的事?

【專(zhuān)家解說(shuō)】：風(fēng)的利用 從"風(fēng)帆行舟" 到"風(fēng)力發(fā)電" 風(fēng)的利用史 風(fēng)能的利用已有 千年的歷史.最 早的利用方式便 是風(fēng)帆行船,到現(xiàn)代的風(fēng)力發(fā)電.早在唐朝詩(shī)人李白就有"乘風(fēng)破浪會(huì)有時(shí),直掛云帆濟(jì)滄海" ,而到了明朝,鄭和就領(lǐng)著龐大的船隊(duì)七下西洋.在現(xiàn)代風(fēng)的利用還主要是風(fēng)力發(fā)電,十六世紀(jì),荷蘭人利用風(fēng)車(chē)排水,與海爭(zhēng)地,在低洼的海灘地上建國(guó)立業(yè),逐漸發(fā)展成為一個(gè)經(jīng) 濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家.直到 今天,荷蘭人將風(fēng)車(chē) 視為國(guó)寶,北歐國(guó)家 保留的大量荷蘭式的 大風(fēng)車(chē),已成為人類(lèi) 文明史的見(jiàn)證. 風(fēng)車(chē)發(fā)電 風(fēng)帆行舟 怎樣使作用與船的風(fēng)力最大 y 如圖所示:設(shè)帆面法向與Y軸成A角,風(fēng)向 與Y軸成B角,Y的方向?qū)崬榉暮较?現(xiàn) 來(lái)求驅(qū)使帆船前行的力F. 解: 以I來(lái)表示風(fēng)強(qiáng),則風(fēng)對(duì)帆的作 用強(qiáng)度應(yīng)為I2=ICOS(B-A). 而作用在帆上的風(fēng)力只有沿Y軸的方向是驅(qū)使 帆船前進(jìn)的力F.所以: F=ISCOS2(B-A)COSB. 上式對(duì)B求導(dǎo)得: 2tg(B-A)=tgA時(shí)F最大. (當(dāng)然,需說(shuō)明,I本應(yīng)該是風(fēng)相對(duì)于船的風(fēng)向,但風(fēng)速遠(yuǎn)大于船速, 我們直接用I的方向來(lái)分析更簡(jiǎn)便,同時(shí)誤差也不大.) 帆面法向 風(fēng)向 X 帆面 船 風(fēng)向I 逆風(fēng)也能前行 若在上例中風(fēng)是沿Y的反向,怎樣才可以使得船能逆風(fēng)前行呢 分析F關(guān)于A的式子,我們可以看到A角要滿(mǎn)足: COSA0即可.也就是說(shuō)我們可以不必沿著Y軸前行,采用曲線(xiàn)或折線(xiàn)的方法辦到這一點(diǎn),如下圖所示: 風(fēng)向 航線(xiàn) 逆風(fēng)航行的可行性 此法能使得,在每條直線(xiàn)的航線(xiàn)上,可通過(guò)調(diào)節(jié)帆的方向使得航向與風(fēng)向以及帆面法向達(dá)到一定的角度要求,于是利用逆風(fēng),帆船同樣可以前行. 如圖所示:航向與風(fēng)向及帆面法線(xiàn)之間的夾角都為銳角,于是船便可照此線(xiàn)路航行. 風(fēng)向 航向 帆面 a b 風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電的原理:利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車(chē)葉片旋轉(zhuǎn),再透過(guò)增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升,來(lái)促使發(fā)電機(jī)發(fā)電. 風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)點(diǎn):首先風(fēng)力發(fā)電沒(méi)有燃料問(wèn)題,也不會(huì)產(chǎn)生輻射或空氣污染.再者風(fēng)能也是巨大的,理論上僅1%的風(fēng)能就能滿(mǎn)足人類(lèi)能源需要. 風(fēng)力發(fā)電善需解決的問(wèn)題: 一是受條件的限制,難以收集利用;二是風(fēng)力發(fā)電機(jī)因風(fēng)量不穩(wěn)定 . 風(fēng)力發(fā)電機(jī) 100多年來(lái),世界各國(guó)研制成功了類(lèi)型各異的風(fēng)力發(fā)電機(jī).1998年,全世界風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到960萬(wàn)千瓦,全球風(fēng)力發(fā)電量達(dá)210億千瓦時(shí),可供350萬(wàn)戶(hù)家庭使用. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要包括水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)和垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)等.其中,水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)是目前技術(shù)最成熟,生產(chǎn)量最多的一種形式.它由風(fēng)輪,增速齒輪箱,發(fā)電機(jī),偏航裝置,控制系統(tǒng),塔架等部件所組成.風(fēng)輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,低速轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)輪通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)由增速齒輪箱增速,將動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī).整個(gè)機(jī)艙由高大的塔架舉起,由于風(fēng)向經(jīng)常變化,為了有效地利用風(fēng)能,還安裝有迎風(fēng)裝置,它根據(jù)風(fēng)向傳感器測(cè)得的風(fēng)向信號(hào),由控制器控制偏航電機(jī),驅(qū)動(dòng)與塔架上大齒輪嚙合的小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng),使機(jī)艙始終對(duì)風(fēng). 風(fēng)能的轉(zhuǎn)化 風(fēng)力發(fā)電的目標(biāo)便是把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能,而所謂風(fēng)能實(shí)際上就是空氣流動(dòng)的動(dòng)能. 和帆船類(lèi)似的,風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)車(chē)使得風(fēng)車(chē)轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電.其實(shí)道理是一樣的,風(fēng)車(chē)發(fā)扇葉并不是與風(fēng)垂直的,它好比帆船的風(fēng)帆,同樣借助風(fēng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的轉(zhuǎn)化,使之能進(jìn)一步的轉(zhuǎn)化為電能. 扇葉其實(shí)是一穿過(guò)此紙面 的一個(gè)面,(而非此面上 的一條線(xiàn)).由于該面與風(fēng)向成一 定角度,使得扇葉能轉(zhuǎn)動(dòng)起 來(lái). 風(fēng)向 扇葉 關(guān)于風(fēng)能利用的總結(jié) 風(fēng)力是一種潔凈的自然一級(jí)能源,沒(méi)有環(huán)境污染問(wèn)題,同時(shí)建造風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)費(fèi)用低廉.而且我們也可以看到利用風(fēng)是輕易而又簡(jiǎn)便的,所以我們要更好更充分的利用風(fēng). 當(dāng)然在充分利用風(fēng)這問(wèn)題上,我們還是遇到了一些困難,急待我們?nèi)ソ鉀Q. 如今,我們?cè)桨l(fā)的重視無(wú)污染的自然能,而風(fēng)能無(wú)疑便是其中一種,良好的利用風(fēng)能會(huì)對(duì)我們有相當(dāng)大的利益!