正文 第12章 新時代的引擎——風能(1)(1 / 2)

一、走近風能

風是什麼?風從哪兒來?風可以為我們做什麼?

由於地麵各處受太陽照射後氣溫變化不同和空氣中水蒸氣的含量不同,引起了各地氣壓的差異,使得高壓空氣向低壓地區流動,就形成了風。簡而言之,風就是流動著的空氣。如同我們常常把流動著的水叫水流,流動著的電荷叫電流一樣,我們也可以給風另外取個名字,叫氣流。隻是通常把地球表麵這些小規模小強度的氣流叫風而已。

就像把一片靜止的樹葉放到水流中,我們看到樹葉會隨著水流動起來一樣,風也可以把它流動方向上的物體吹動,我們利用這樣的原理來使風箏升上天。從能量的角度來講,無論是流動的空氣也好,流動的水也好,它們都具有動能,這種動能可以轉換成其他的能量,如風箏的重力勢能、風車的動能、水車的動能等等,所以風是一種能源。

從風的形成來看,隻要有太陽,風就可以不斷再生,風能屬於可再生資源。風能資源很豐富,不會隨著其本身的轉化和人類的利用而日趨減少。與天然氣、石油相比,風能不受價格的影響,也不存在枯竭的威脅;與煤相比,風能沒有汙染,是清潔的能源;最重要的是風能發電可以減少二氧化碳等有害排放物。

但是,風是一種動態形式,不能直接儲存起來,隻能轉化成其他可以儲存的能量才能儲存或是轉換成能直接為我們所用的能源。風能可以被轉化成機械能、電能、熱能等,以實現泵水灌溉、發電、供熱、風帆助航等功能。而目前風能的主要利用是以風能作動力和風力發電兩種形式,其中又以風力發電為主。

風能有它的優勢,但也有它不足的地方。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、內蒙古、新疆和甘肅一帶風能資源也很豐富。其次,風單位體積攜載的能量小,對采集風能來進行轉換的設備技術要求高,花錢也比較多,這些正是我們利用風能需要去努力克服的因素。

雖然風看似很難捉摸,其實它也是有一定規律可循的。從風能的特點看,了解各地的風能情況是有效利用風能的首要工作,下麵給大家介紹幾個和風相關的概念。

地球上某一地區風能資源的潛力是以該地的風能密度及可利用小時數來表示。在風能利用中,風速及風向是兩個重要因素。風速與風向每日、每年都有一定的周期性變化,估算風能資源必須測量每日、每年的風速、風向,了解其變化的規律。

風向

風向是風吹來的方向,比如,風來自北方叫做北風,風來自南方叫做南風。當風向在某個方位左右擺動不能肯定時,則加以“偏”字,如偏北風。當風力很小時,則采用“風向不定”來說明,風向可以通過當地的風向標來測量。

風向首先是與大氣環流有關,此外與所處的地理位置、地球表麵不同情況也有關。

為了表示某個方向的風出現的頻率,通常用風向頻率這個量來表示,它是指一年內某方向風出現的次數和各方向風出現的總次數的百分比。

風速

這裏指的風速是一個平均值。其實我們都知道,通常自然風是一種平均風速與瞬間激烈變動的疊加,它不僅隨時在變,而且同一地點不同高度的風速也有不同。風速還因夜晚或白天以及季節不同等有所不同。但從平均效果看,一般地麵上夜間風弱,白天風強;高空中正相反;我國大部分地區春季風最強,冬季風次之,夏季最弱。當然也有部分地區例外,如沿海地區,夏季季風最強,春季季風最弱。

風能資源

一般用氣流在單位時間垂直通過單位麵積的風的動能來描述風能,稱該量為風功率密度或風能密度,它與風速的三次方和空氣密度成正比關係,單位是瓦/平方米。

中國風力資源十分豐富。根據有關資料,我國離地10米高的風能資源總儲量約32.26億千瓦,近海可開發和利用的風能儲量有7.5億千瓦。

我國風能分布的主要地區有:

①三北地區,包括東北三省、河北、內蒙古、甘肅、寧夏和新疆等省近200千米寬的地帶。

②東南沿海及附近島嶼,包括山東、江蘇、上海、浙江、福建、廣東、廣西和海南等省沿海近10千米寬的地帶。

③內陸個別地區由於湖泊和特殊地形的影響,形成一些風能豐富點,如鄱陽湖附近地區和湖北的九宮山和利川等地區。

④近海地區,我國東部沿海水深5米到20米的海域麵積遼闊,按照與陸上風能資源同樣的方法估測,10米高度可利用的風能資源約是陸地上的3倍,即7億多千瓦。

二、地球的翅膀——風車

當我們對風能及其分布有了一定的了解後,下一步,我們就要利用裝置把風能轉換成可儲存的能量或者轉換成可直接為我們所用的能量。風車就是這樣誕生的。風車也稱風力機,是將風能轉化為機械能並作為動力替代人力和畜力或者帶動發電機發電的裝置。