風力巧利用 速度告訴我啦

【專家解說】：我國科技人員在七五計劃期間，進行風能利用的攻關。研制了6種百瓦級、4林千瓦級和4種10千瓦級風力發(fā)電機組，使我國風力機系列55千瓦級以下品種基本齊全，性能和質量有了新的提高。主要性能指標均達到國際先進水平。其中研制的兩臺55千瓦發(fā)電機組，已在山東長島安裝，部分性能指標達到國外樣機的水平。研制的5種風力提水機組，其中FDG-7型大流量風力提水機組，是我國目前功率最大的風力提水機組，在低揚程大流量風力提水機類型中，處于國內(nèi)外領先地位。 地球表面大量空氣流動所產(chǎn)生的動能。由于地面各處受太陽輻照后氣溫變化不同和空氣中水蒸氣的瑞典奧蘭島的風車含量不同，因而引起各地氣壓的差異，在水平方向高壓空氣向低壓地區(qū)流動，即形成風。風能資源決定于風能密度和可利用的風能年累積小時數(shù)。風能密度是單位迎風面積可獲得的風的功率，與風速的三次方和空氣密度成正比關系。據(jù)估算，全世界的風能總量約1300億千瓦，中國的風能總量約16億千瓦。風能資源受地形的影響較大，世界風能資源多集中在沿海和開闊大陸的收縮地帶，如美國的加利福尼亞州沿岸和北歐一些國家，中國的東南沿海、內(nèi)蒙古、新疆和甘肅一帶風能資源也很豐富。中國東南沿海及附近島嶼的風能密度可達300瓦/米2(W/m2)以上，3~20米/秒風速年累計超過6000小時 。內(nèi)陸風能資源最好的區(qū)域 ，沿內(nèi)蒙古至 新疆一帶，風能密度也在200 ~300W/m2，3 ~ 20米/秒風速年累計5000 ~ 6000小時。這些地區(qū)適于發(fā)展風力發(fā)電和風力提水。新疆達坂城風力發(fā)電站1992年已裝機5500千瓦，是中國最大的風力電站。 制造風能機械，利用風力發(fā)電是風能利用的兩項主要內(nèi)容。風力發(fā)動機是一種把風能變成機械能的能量轉化裝置。如圖1-4所示，風力發(fā)動機由5部分組成: screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;"> (1)風輪。風輪由二個或多個葉片組成，安裝在機頭上，是把風能轉化為機械能的主要部件。 (2)機頭。機頭是支承風輪軸和上部構件(如發(fā)電機和齒輪變速器等)的支座，它能繞塔架中的豎直軸自由轉動。 (3)機尾。機尾裝于機頭之后，它的作用是保證在風向變化時，使風輪正對風向。 (4)回轉體?；剞D體位于機頭底盤和塔架之間，在機尾力矩的作用下轉動。 (5)塔架。塔架是支撐風力發(fā)動機本體的構架，它把風力發(fā)動機架設在不受周圍障礙物影響的高空中。 根據(jù)風輪葉片的數(shù)目，風力發(fā)動機分為少葉式和多葉式兩種。少葉式有2~4個葉片，具有轉速高，單位功率的平均質量小，結構緊湊的優(yōu)點;常用在年平均風速較高的地區(qū)。是目前主要用作風力發(fā)電機的原動機。其缺點是啟動較為困難。多葉式一般有4~24個葉片，常用于年平均風速低于3~4米/秒的地區(qū);具有易啟動的優(yōu)點，因此利用率較高。由于轉速低，多用于直接驅動農(nóng)牧業(yè)機械。 風力發(fā)動機的風輪與紙風車轉動原理一樣，但是，風輪葉片具有比較合理的形狀。為了減小阻力，其斷面呈流線型。前緣有很好的圓角，尾部有相當尖銳的后緣，表面光滑，風吹來時能產(chǎn)生向上的合力，驅動風輪很快地轉動。對于功率較大的風力發(fā)動機，風輪的轉速是很低的，而與之聯(lián)合工作的機械，轉速要求較高，因此必須設置變速箱，把風輪轉速提高到工作機械的工作轉速。風力發(fā)動機只有當風垂直地吹向風輪轉動面時，才能發(fā)出最大功率來，由于風向多變，因此還要有一種裝置，使之在風向變化時，保證風輪跟著轉動，自動對淮風向，這就是機尾的作用。風力發(fā)動機是多種工作機械的原動機。利用它帶動水泵和水車，就是風力提水機;帶動碾米機，就是風力碾米機;此類機械統(tǒng)稱為風能的直接利用裝置。帶動發(fā)電機的就叫風力發(fā)電機。它們均由兩大部分組成，一部分是風力發(fā)動機本體和附件，是把風能轉化為機械能的裝置;另一部分是電氣部分，包括發(fā)電機及電氣裝置，把機械能轉化為電能，并可靠地提供給用戶。小風力發(fā)電機的容量不大，功率一般從幾瓦到幾千瓦，大都具有結構簡單，搬運方便的優(yōu)點。按風力發(fā)動機與發(fā)電機的連接方式分，有變速連接的和直接連接的兩種。 在風能的利用中，蓄能是一個重要的問題。特別是對于風力發(fā)電，在很大程度上，其生命力由蓄能裝置(如蓄電池)的可靠程度來決定。有了蓄能裝置，在有風的時候，把多余的能量儲存起來;在無風時，輸出應用。各種蓄能方式的研究是風能利用的一個急待解決的重要任務。 在自然界的能源中，風能是極其豐富的。據(jù)粗略估計，近期可以利用的風能總功率約為106~107兆瓦，這個數(shù)值比全世界可以利用的水力資源大10倍。但是，這筆巨大的自然財富還有待人類去大力開發(fā)。 我國是利用風能最早的國家。早在2000多年以前，利用風力驅動的帆船已經(jīng)在江河中行駛，明代開始應用風力水車灌溉農(nóng)田，并且出現(xiàn)了用于農(nóng)產(chǎn)品加工的風力機械。 現(xiàn)??梅縋艿鬧饕?絞絞欠緦Ψ⒌紓??暮誦氖欠緶只??/SPAN> 風輪機可以分為水平軸和垂直軸兩大類。 圖8-2是一種水平軸風輪機。高高的機架上裝著一個可以在水平方向轉動的工作臺，臺面上有發(fā)電機。臺架的尾部裝有一個尾舵，它靠風力來回轉動，讓風輪總是迎風轉動。巨大的風輪葉片有十幾米長，轉動起來的力量是很大的。 在丹麥日德蘭半島北部的奧爾堡，有一座巨大的風車。安裝風車和發(fā)電設備的鋼筋混凝土塔有13層樓高，塔頂直徑3米，塔底直徑6米。風車的葉片長27米，一個葉片就有5噸重。在風力推動下，巨大的風車每分鐘轉40轉。風車后邊的雪茄煙形狀的機艙里安放著發(fā)電機，它每年可發(fā)電400萬千瓦時。 這座巨大的風力發(fā)電機，是一所中學、一所師范大學和一所“旅行大學”的教師和學生籌資建成的，沒有向政府和工業(yè)界要一分錢。工程設計、建造以及部分零件的制造，都是數(shù)百名學生和教師一起完成的，只聘請了4位工程師和專家作指導。這是世界上業(yè)余愛好者制作的最大的風車。 垂直軸的風輪機，也叫中國式風輪機，它的“祖先”是立帆式風輪機，誕生在我國北方沿海一帶，估計是在宋朝時出現(xiàn)的。這種風輪機的軸與風向大體垂直，是豎直向上的，風帆總是朝一個方向轉動。 圖8-3是我國研制的垂直軸風輪機示意圖，豎直的軸在風吹時轉動，帶動下部的發(fā)電機發(fā)電。這種風力發(fā)電站是大有發(fā)展前途的。 我國適合風力發(fā)電的區(qū)域非常廣闊，特別是東南沿海和西北草原地區(qū)。這些區(qū)域的年平均風速分別達到6~8米/秒和4~6米/秒，具有相當大的開發(fā)、利用價值。 我國科技人員在七五計劃期間，進行風能利用的攻關。研制了6種百瓦級、4林千瓦級和4種10千瓦級風力發(fā)電機組，使我國風力機系列55千瓦級以下品種基本齊全，性能和質量有了新的提高。主要性能指標均達到國際先進水平。其中研制的兩臺55千瓦發(fā)電機組，已在山東長島安裝，部分性能指標達到國外樣機的水平。研制的5種風力提水機組，其中FDG-7型大流量風力提水機組，是我國目前功率最大的風力提水機組，在低揚程大流量風力提水機類型中，處于國內(nèi)外領先地位。 地球表面大量空氣流動所產(chǎn)生的動能。由于地面各處受太陽輻照后氣溫變化不同和空氣中水蒸氣的瑞典奧蘭島的風車含量不同，因而引起各地氣壓的差異，在水平方向高壓空氣向低壓地區(qū)流動，即形成風。風能資源決定于風能密度和可利用的風能年累積小時數(shù)。風能密度是單位迎風面積可獲得的風的功率，與風速的三次方和空氣密度成正比關系。據(jù)估算，全世界的風能總量約1300億千瓦，中國的風能總量約16億千瓦。風能資源受地形的影響較大，世界風能資源多集中在沿海和開闊大陸的收縮地帶，如美國的加利福尼亞州沿岸和北歐一些國家，中國的東南沿海、內(nèi)蒙古、新疆和甘肅一帶風能資源也很豐富。中國東南沿海及附近島嶼的風能密度可達300瓦/米2(W/m2)以上，3~20米/秒風速年累計超過6000小時 。內(nèi)陸風能資源最好的區(qū)域 ，沿內(nèi)蒙古至 新疆一帶，風能密度也在200 ~300W/m2，3 ~ 20米/秒風速年累計5000 ~ 6000小時。這些地區(qū)適于發(fā)展風力發(fā)電和風力提水。新疆達坂城風力發(fā)電站1992年已裝機5500千瓦，是中國最大的風力電站。