风能评估 风能评估

　　利用风力发电的尝试，早在本世纪初就已经开始了。三十年代，丹麦、瑞典、苏联和美国应用航空工业的旋翼技术，成功地研制了一些小型风力发电装置。这种小型风力发电机，广泛在多风的海岛和偏僻的乡村使用，它所获得的电力成本比小型内燃机的发电成本低得多。不过，当时的发电量较低，大都在5千瓦以下。
　　目前，据了解，国外已生产出15，40，45，100，225千瓦的风力发电机了。1978年1月，美国在新墨西哥州的克莱顿镇建成的200千瓦风力发电机，其叶片直径为38米，发电量足够60户居民用电。而1978年初夏，在丹麦日德兰半岛西海岸投入运行的风力发电装置，其发电量则达2000千瓦，风车高57米，所发电量的75%送入电网，其余供给附近的一所学校用。
　　1979年上半年，美国在北卡罗来纳州的蓝岭山，又建成了一座世界上*大的发电用的风车。这个风车有十层楼高，风车钢叶片的直径60米；叶片安装在一个塔型建筑物上，因此风车可自由转动并从任何一个方向获得电力；风力时速在38公里以上时，发电能力也可达2000千瓦。由于这个丘陵地区的平均风力时速只有29公里，因此风车不能全部运动。据估计，即使全年只有一半时间运转，它就能够满足北卡罗来纳州七个县1%到2%的用电需要。

怎样利用风力来发电呢?
　　我们把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能，这就是风力发电。风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。
　　风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。
　　由于风轮的转速比较低，而且风力的大小和方向经常变化着，这又使转速不稳定；所以，在带动发电机之前，还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱，再加一个调速机构使转速保持稳定，然后再联接到发电机上。为保持风轮始终对准风向以获得*大的功率，还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。
　　铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。它一般修建得比较高，为的是获得较大的和较均匀的风力，又要有足够的强度。铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况，以及风轮的直径大小而定，一般在6-20米范围内。
　　发电机的作用，是把由风轮得到的恒定转速，通过升速传递给发电机构均匀运转，因而把机械能转变为电能。

多大的风力才可以发电呢?
　　一般说来，3级风就有利用的价值。但从经济合理的角度出发，风速大于每秒4米才适宜于发电。据测定，一台55千瓦的风力发电机组，当风速每秒为9.5米时，机组的输出功率为55千瓦；当风速每秒8米时，功率为38千瓦；风速每秒为6米时，只有16千瓦；而风速为每秒5米时，仅为9.5千瓦。可见风力愈大，经济效益也愈大。
　　在我国，现在已有不少成功的中、小型风力发电装置在运转。
　　我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大；有的地方，一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区，发展风力发电是很有前途的。
　　风是没有公害的能源之一。而且它取之不尽，用之不竭。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。
　　利用风能驱动风轮机以带动发电机生产电能的电厂。风力电站主要由能量转换装置、蓄能装置、控制系统等构成。风能属可再生能源，又不存在污染，具有广阔的应用前景。
　　风力发电始于20世纪30年代，以荷兰、丹麦等国应用较早。70年代以来，北美、西欧、北欧等国家对风力发电进行了大量的研究工作，取得了很大进展。80年代末已研制出风轮直径达100米、输出功率达 4000～5000千瓦的风力发电机组，并建成容量达60.9万千瓦风力田。
 

风力电站组成　主要有以下3部分。
①能量转换装置：将风能转换为电能的机电设备。包括风轮机、发电机等。有时在风轮机与发电机之间还装有升速传动装置。
②蓄能装置：保证风力发电机连续向负荷供电的辅助设备。这是为克服风能的波动性和随机性所导致的发电不连续而设置的。风力发电系统采用的蓄能方式有抽水蓄能、压缩空气蓄能、飞轮蓄能、风力致热蓄能、蓄电池蓄能等。
③控制系统：控制风轮机和发电机以保证供电质量的系统。由于风能是时刻变化的，需采用控制系统，如调速系统、励磁调节系统等，以保证发电机输出电能的频率和电压恒定。典型的风-电能量转换装置如图所示。

　　运行方式　小型风力发电装置多采用永磁式交流发电机；大中型风力发电装置普遍采用同步发电机和感应发电机。风力发电系统的运行方式一般可分为孤立运行、并网运行和集群式风力发电站运行。在风能资源非常丰富的地区建造集群式风力发电站，可以做到在风力情况变化时相互补充，提供较为稳定连续的电能。组成集群式风力发电站的风力发电机容量多在数十千瓦至数百千瓦等级。风力发电还可与其他可再生能源(如太阳能)或常规能源发电系统联合运行，以确保不间断地供电。孤立运行的风力发电装置多为几十瓦到几千瓦的中小容量机组，一般采用直流发电机，并利用蓄电池组保持一定电压，无风时还可用蓄电池供电。高能电池的出现改善了这种发电方式的结构和运行工况。并网运行和集群式风力电站的机组容量多在几十千瓦到几百千瓦以上，一般采用交流发电机，风轮机的塔架可随风向转动。80年代末，西班牙在筹建欧洲*大的风力电站，总装机容量5万千瓦，由500台风力发电机组成，耗资约6350万美元。
　　风力电站前景　风能源于太阳辐射能，太阳辐射中被地球大气层吸收的约有2×1016——1.2×1017瓦，这些辐射能促成了大气的对流运动，其中一部分即为风的动能。世界气象组织(WMO)根据各国气象台、 站的风力观测资料分析估计,地球上海洋和陆地上的风能资源约为200亿千瓦,其中陆地上约占100亿千瓦。如果这些风能全部得到利用，发出的电力约相当于地球上可以利用的水能资源发出电力的10倍，或者约相当于80年代末世界发电总量的200倍。因此， 在解决目前存在的一些技术问题后，风力电站的建设会有大的发展。