风能利用

风能 当太阳幅射能穿越地球大气层时，大气层约吸收2×1016瓦的能量，其中一小部分转变成空气的动能。因为热带比极带吸收较多的太阳辐射能，产生大气压力差导致空气流动而产生“风”。 风能非常巨大，理论上仅1％的风能就能满足人类能源需要。风能利用主要是将大气运动时所具有的动能转化为其他形式的能，其具体用途包括：风力发电、风帆助航、风车提水、风力致热采暖等。其中，风力发电是风能利用的最重要形式。 风帆与风车 风能利用，已有数千年的历史。最早的利用方式是“风帆行舟”。埃及尼罗河上的风帆船、中国的木帆船，都有两三千年的历史记载。唐代有“乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海”诗句，可见那时风帆船已广泛用于江河航运。最辉煌的风帆时代是中国的明代，14世纪初叶中国航海家郑和七下西洋，庞大的风帆船队功不可没。 1000多年前，中国人首先发明了风车，用它来提水、磨面，替代繁重的人力劳动。12世纪，风车从中东传入欧洲。16世纪，荷兰人利用风车排水、与海争地，在低洼的海滩地上建国立业，逐渐发展成为一个经济发达的国家。今天，荷兰人将风车视为国宝，北欧国家保留的大量荷兰式的大风车，已成为人类文明史的见证。 风力发电 历史上，由于西欧各国燃料缺乏，而且其地理位置在盛行西风带上，故刺激其发展风力发电。 19世纪末，丹麦人首先研制了风力发电机。1891年，丹麦建成了世界第一座风力发电站。现在丹麦已拥有风力发电机3000多座，年发电100亿度。 100多年来，世界各国研制成功了类型各异的风力发电机。1998年，全世界风力发电装机容量达到960万千瓦，全球风力发电量达210亿千瓦时，可供350万户家庭使用。 风力发电机主要包括水平轴式风力发电机和垂直轴式风力发电机等。其中，水平轴式风力发电机是目前技术最成熟、生产量最多的一种形式。它由风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件所组成。风轮将风能转换为机械能，低速转动的风轮通过传动系统由增速齿轮箱增速，将动力传递给发电机。整个机舱由高大的塔架举起，由于风向经常变化，为了有效地利用风能，还安装有迎风装置，它根据风向传感器测得的风向信号，由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮啮合的小齿轮转动，使机舱始终对风。 在电力不足的地区，为节省柴油机发电的燃料，可以采用风力发电与柴油机发电互补，组成风－柴互补发电系统。 风力发电场（简称风电场），是将多台大型并网式的风力发电机安装在风能资源好的场地，按照地形和主风向排成阵列，组成机群向电网供电。风力发电机就像种庄稼一样排列在地面上，故形象地称为“风力田”。风力发电场于20世纪80年代初在美国的加利福尼亚州兴起，目前世界上最大的风电场是洛杉矶附近的特哈查比风电场，装机容量超过50万千瓦，年发电量为14亿千瓦·时，约占世界风力发电总量的23％。 风力发电的优越性可归纳为三点：第一，建造风力发电场的费用低廉，比水力发电厂、火力发电厂或核电站的建造费用低得多；第二，不需火力发电所需的煤、油等燃料或核电站所需的核材料即可产生电力，除常规保养外，没有其他任何消耗；第三，风力是一种洁净的自然能源，没有煤电、油电与核电所伴生的环境污染问题。 中国风能资源丰富，可开发利用的风能资源总量约为2.53亿千瓦。国内最著名的风电场，是新疆乌鲁木齐附近的达坂城风电场，总装机容量1.68万千瓦。世纪之交，中国制定了风力发电的长远发展计划，提出2000年风电装机40兆瓦以上的目标，为21世纪大规模开发风电打下了良好的基础。

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