風能

風能

風能(wind energy) 空氣流動所產生的動能。太陽能的一種轉化形式。由於太陽輻射造成地球表面各部分受熱不均勻,引起大氣層中壓力分布不平衡,在水平氣壓梯度的作用下,空氣沿水平方向運動形成風。風能資源的總儲量非常巨大,一年中技術可開發的能量約5.3X10^13千瓦時。風能是可再生的清潔能源,儲量大、分布廣,但它的能量密度低(只有水能的1/800),並且不穩定。在一定的技術條件下,風能可作為一種重要的能源得到開發利用。風能利用是綜合性的工程技術,通過風力機將風的動能轉化成機械能電能熱能等。

風能資源決定於風能密度和可利用的風能年累積小時數。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係。

基本介紹

  • 中文名風能
  • 外文名:wind energy
  • 分類:一次能源
  • 產生能源:機械能
基本概述,簡介,特點,歷史,來源,利用概述,利用形式,季風,海陸風,風的能量,能量分級,優缺點,優點,缺點,限制及弊端,經濟前景,經濟價值,主要技術,各國鼓勵政策,各國增長態勢,我國現狀,儲量與分布,開發潛能,

基本概述

簡介

風能(wind energy)是因空氣流做功而提供給人類的一種可利用的能量,屬於可再生能源(包括水能,生物能等)。空氣流具有的動能稱風能。空氣流速越高,動能越大。人們可以用風車把風的動能轉化為旋轉的動作去推動發電機,以產生電力,方法是透過傳動軸,將轉子(由以空氣動力推動的扇葉組成)的旋轉動力傳送至發電機。到2008年為止,全世界以風力產生的電力約有 94.1 百萬千瓦,供應的電力已超過全世界用量的1%。風能雖然對大多數國家而言還不是主要的能源,但在1999年到2005年之間已經成長了四倍以上。
風能風能
現代利用渦輪葉片將氣流的機械能轉為電能而成為發電機。在中古與古代則利用風車將收集到的機械能用來磨碎穀物和抽水。
風力被使用在大規模風農場和一些供電被被隔絕的地點,為當地的生活和發展做出了巨大的貢獻。

特點

風能量是豐富、近乎無盡、廣泛分布、乾淨與緩和溫室效應。 存在地球表面一定範圍內。經過長期測量,調查與統計得出的平均風能密度的概況稱該範圍內能利用的依據,通常以能密度線標示在地圖上。

歷史

人類利用風能的歷史可以追溯到西元前,但數千年來,風能技術發展緩慢,沒有引起人們足夠的重視。但自1973年世界石油危機以來,在常規能源告急和全球生態環境惡化的雙重壓力下,風能作為新能源的一部分才重新有了長足的發展。風能作為一種無污染和可再生的新能源有著巨大的發展潛力,特別是對沿海島嶼,交通不便的邊遠山區,地廣人稀的草原牧場,以及遠離電網和近期內電網還難以達到的農村、邊疆,作為解決生產和生活能源的一種可靠途徑,有著十分重要的意義。即使在已開發國家,風能作為一種高效清潔的新能源也日益受到重視,比如:美國能源部就曾經調查過,單是德克薩斯州南達科他州兩州的風能密度就足以供應全美國的用電量
風能風能

來源

是地球上的一種自然現象,它是由太陽輻射熱引起的。太陽照射到地球表面,地球表面各處受熱不同,產生溫差,從而引起大氣的對流運動形成風。風能就是空氣的動能,風能的大小決定於風速和空氣的密度。全球的風能約為2.74X109MW,其中可利用的風能為2X107MW,比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍。空氣流動所形成的動能及為風能。風能是太陽能的一種轉化形式。太陽的輻射造成地球表面受熱不均,引起大氣層中壓力分布不均,空氣沿水平方向運動形風。風的形成乃是空氣流動的結果。
風能風能

利用概述

據估計到達地球的太陽能中雖然只有大約2%轉化為風能,但其總量仍是十分可觀的。全球的風能約為1300億千瓦,比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍。
人類利用風能的歷史可以追溯到公元前。古埃及、中國、古巴比倫是世界上最早利用風能的國家之一。公元前利用風力提水、灌溉、磨麵、舂米,用風帆推動船舶前進。由於石油短缺,現代化帆船在近代得到了極大的重視。到了宋代更是中國套用風車的全盛時代,當時流行的垂直軸風車,一直沿用至今。在國外,公元前2世紀,古波斯人就利用垂直軸風車碾米。 10世紀伊斯蘭人用風車提水,11世紀風車在中東已獲得廣泛的 套用。13世紀風車傳至歐洲,14世紀已成為歐洲不可缺少的原動機。在荷蘭風車先用於萊茵河三角洲湖地和低濕地的汲水,以後又用於榨油和鋸木。只是由於蒸汽機的出現,才使歐洲風車數目急劇下降。
數千年來,風能技術發展緩慢,也沒有引起人們足夠的重視。但自1973年世界石油危機以來,在常規能源告急和全球生態環境惡化的雙重壓力下,風能作為新能源的一部分才重新有了長足的發展。風能作為一種無污染和可再生的新能源有著巨大的發展潛力,特別是對沿海島嶼,交通不便的邊遠山區,地廣人稀的草原牧場,以及遠離電網和近期內電網還難以達到的農村、邊疆,作為解決生產和生活能源的一種可靠途徑,有著十分重要的意義。 即使在已開發國家,風能作為一種高效清潔的新能源也日益受到重視。
美國早在1974年就開始實行聯邦風能計畫。其內容主要是:評估國家的風能資源;研究風能開發中的社會和環境問題;改進風力機的性能,降低造價;主要研究為農業和其他用戶用的小於100kw的風力機;為電力公司及工業用戶設計的兆瓦級的風力發電機組。美國已於80年代成功地開發了100、200、2000、
2500、6200、7200kw的6種風力機組。目前美國已成為世界上風力機裝機容量最多的國家,超過2X104MW,每年還以10%的速度增長。
風能路燈風能路燈
現在世界上最大的新型風力發電機組已在夏威夷島建成運行,其風力機葉片直徑為97.5m,重144t,風輪迎風角的調整和機組的運行都由計算機控制,年發電量達1000萬kw·h。根據美國能源部的統計至1990年美國風力發電已占總發 電量的1%。 在瑞典、荷蘭、英國、丹麥、德國、日本、西班牙,也根據各自國家的情況制定了相應的風力發電計畫。如瑞典1990年風力機的裝機容量已達350MW,年發電10億kw·h。
丹麥在1978年即建成了日德蘭風力發電站,裝機容量2000kw,三片風葉的掃掠直徑為54m,混凝土塔高58m,預計到2005年電力需求量的10%將來源於風能。德國1980年就在易北河口建成了一座風 力電站,裝機容量為3000kw,到本世紀末風力發電也將占總發電量的8%。英國,英倫三島瀕臨海洋,風能十分豐富,政府對風能開發也十分重視,到1990年風力發電已占英國總發電量的2%。
在日本, 1991年10月輕津海峽青森縣的日本最大的風力發電站投人運行,5颱風力發電機可為700戶家庭提供電力。中國位於亞洲大陸東南、瀕臨太平洋西岸,季風強盛。季風是中國氣候的基本特徵,如冬季季風在華北長達6個月,東北長達7個月。東南季風則遍及中國的東半壁。根據國家氣象局估計,全國風力資源的總儲量為每年16億kw,近期可開發的約為1.6億kw,內蒙古、青海、黑龍江、甘肅等省風能儲量居中國前列,年平均風速大於3m/s的天數在200天以上。
中國風力機的發展,在50年代末是各種木結構的布篷式風車,1959年僅江蘇省就有木風車20多萬台。到60年代中期主要是發展風力提水機。70年代中期以後風能開發利用列入“六五”國家重點項目,得到迅速發展。進入80年代中期以後,中國先後從丹麥、比利時、瑞典、美國、德國引進一批中、大型風力發電機組。在新疆、內蒙古的風口及山東、浙江、福建、廣東的島嶼建立了8座示範性風力發電場。1992年裝機容量已達8MW。新疆達坂城的風力發電場裝機容量已達3300kw,是全國目前最大的風力發電場。至1990年底全國風力提水的灌溉面積已達2.58萬畝。1997年新增風力發電10萬kw。目前中國已研製出100多種不同型式、不同容量的風力發電機組,並初步形成了風力機產業。儘管如此,與已開發國家相比,中國風能的開發利用還相當落後,不但發展速度緩慢而且技術落後,遠沒有形成規模。在進入21世紀時,中國應在風能的開發利用上加大投入力度,使高效清潔的風能能在中國能源的格局中占有應有的地。
全球風能產業的發展歷經了幾次興衰交替終於峰迴路轉,將要迎來新一輪的熱潮。
2013年對於全球風能產業來說無疑是個打擊,但其中也不乏可圈可點之處。
在美國,風能產業最繁盛的當屬德克薩斯州,這裡已經擁有了1.24萬兆瓦的風電裝機量。風能對該州電網的貢獻也與日俱增。
中國,在2010年已經實現超越美國的風電產能,成為世界規模最大的風能生產國。中國還計畫新增39兆瓦的海上風電開發規模。
此外,在亞洲其他地區,風力發電項目也都在如火如荼地進行。如巴基斯坦,2013年的風電裝機總量比2012年增加1倍,增至100兆瓦,隨著2014年上線的兩個50兆瓦的風能項目落實,裝機總量將會再翻一番。同樣,泰國也在2013年使本國風電裝機總量增加1倍,達到220兆瓦。而菲律賓在2014年竣工的7個項目,把該國的風電裝機產能擴大到了450兆瓦的,增長達13倍之多。
可見,經過2013年的蟄伏,還有2014年的蓄力,全球風能產業將再次迎來發展的熱潮,甚至創造出新的紀錄。

利用形式

風能利用形式主要是將大氣運動時所具有的動能轉化為其他形式的能量。風就是水平運動的空氣,空氣產生運動,主要是由於地球上各緯度所接受的太陽輻射強度不同而形成的。在赤道和低緯度地區,太陽高度角大,日照時間長,太陽輻射強度強,地面和大氣接受的熱量多、溫度較高;在高緯度地區太陽高度角小,日照時間短,地面和大氣接受的熱量小,溫度低。這種高緯度與低緯度之間的溫度差異,形成了中國南北之間的氣壓梯度,使空氣作水平運動。

季風

理論上風應沿水平氣壓梯度方向吹,即垂直與等壓線從高壓向低壓吹,但是地球在自轉,使空氣水平運動發生偏向的力,稱為地轉偏向力,這種力使北半球氣流向右偏轉,南半球向左偏轉,所以地球大氣運動除受氣壓梯度力外,還受地轉偏向力的影響。大氣真實運動是這兩力的合力。實際上,地面風不僅受這兩個力的支配,而且在很大程度上受海洋、地形的影響,山隘和海峽能改變氣流運動的方向,還能使風速增大,而丘陵、山地卻磨擦大使風速減少,孤立山峰卻因海拔高使風速增大。 因此,風向和風速的時空分布較為複雜。比如海陸差異對氣流運動的影響,在冬季,大陸比海洋冷,大陸氣壓比海洋高,風從大陸吹向海洋;夏季相反,大陸比海洋熱,風從海洋吹向內陸。這種隨季節轉換的風,我們稱為季風。

海陸風

所謂的海陸風也是白晝時,大陸上的氣流受熱膨脹上升至高空流向海洋,到海洋上空冷卻下沉,在近地層海洋上的氣流吹向大陸,補償大陸的上升氣流,低層風從海洋吹向大陸稱為海風,夜間(冬季)時,情況相反,低層風從大陸吹向海洋,稱為陸風。 在山區由於熱力原因引起的白天由谷地吹向平原或山坡,夜間由平原或山坡吹向谷底,前者稱谷風,後者稱為山風。這是由於白天山坡受熱快,溫度溫度高于山谷上方同高度的空氣溫度,坡地上的暖空氣從山坡流向谷地上方,谷地的空氣則沿著山坡向上補充流失的空氣,這時由山谷吹向山坡的風,稱為谷風。夜間,山坡因輻射冷卻,其降溫速度比同高度的空氣較快,冷空氣沿坡地向下流入山谷,稱為山風。
風能風能
太陽輻射能穿越地球大氣層時,大氣層約吸收2*10^16W的能量,其中一小部分轉變成空氣的動能。因為熱帶比亞熱帶吸收較多的太陽輻射能,產生大氣壓力差導致空氣流動而產生風。至於局部地區,例如,在高山和深谷,在白天,高山頂上空氣受到陽光加熱而上升,深谷中冷空氣取而代之,因此,風由深谷吹向高山;夜晚,高山上空氣散熱較快,於是風由高山吹向深谷。另一例子,如在沿海地區,白天由於陸地與海洋的溫度差,而形成海風吹向陸地;反之,晚上由陸地吹向海上。

風的能量

地球吸收的太陽能有1%到3%轉化為風能,總量相當於地球上所有植物通過光合作用吸收太陽能轉化為化學能的50到100倍。 上了高空就會發現風的能量,那兒有時速超過160公里 (100 英哩160 km/h 100 mph)的強風。這些風的能量最後因和地表及大氣間的摩擦力而以各種熱能方式釋放。
風的成因:因太陽照射極地和赤道的不均勻使得地表的不受熱;地表溫的速度較海面快;大氣中同溫層如同天花板的效應加速了氣體的對流;季節/的變化;科氏效應;月亮的反射比率,形成了風。
風能可以通過風車來提取。當風吹動風輪時,風力帶動風輪繞軸旋轉,使得風能轉化為機械能。而風能轉化量直接與空氣密度、風輪掃過的面積和風速的平方成正比。空氣的質流穿越風輪掃過的面積,隨著風速以及空氣的密度而變化。舉例來說,在15°C (59°F)的涼爽日子裡,海平面空氣密度為每立方米 1.22 公斤(當濕度增加時空氣密度會降低)。當風以秒速8米吹過直徑一百米的轉輪時,每秒能夠使1,000,000,000公斤的空氣穿越風輪掃過的面積。
指定質量的動能與其速率之平方成正比。因為質流與風速呈線性增加,對風輪有效用的風能將會與風速的立方成正比;本例子中風吹送風輪的功率,大約為2.5百萬瓦特
因為風渦輪提取能量,空氣減速,導致它對傳播並且在風渦輪附近在某種程度上牽制它。德國物理學家,阿爾伯特Betz, 1919年確定風渦輪可能提取至多將否則流經渦輪的橫斷面的59%能量。 不管渦輪的設計, Betz極限申請。 最近的工作在一個理論極限大約30%旁邊為推進器類型turbines。實際效率從1%範圍到20%為推進器類型渦輪,並且是一樣高像35%為三維垂直軸渦輪像 Darrieus 或Gorlov渦輪。
有風變化,並且平均值為一個被測量的地點單獨不表明風渦輪可能導致那裡的相當數量能量。 要估計風速風土學在一個特殊地點,機率分布作用經常適合到被觀察的數據。 不同的地點將有不同的風速發行。最頻繁用於的發行模型塑造風速風土學是二參量 Weibull distribution 因為它能依照各種各樣的發行形狀,從高斯到指數。Rayleigh 塑造,例子,其中被密謀在右邊反對實際被測量的數據集,是形狀參量合計2 Weibull作用的一個具體形式和非常嚴密反映每小時風速的實際發行在許多地點。由於許多電能是由高風速所產生,可用的能量多來自瞬間大的風速。一大半可用的能量,卻只有占運作時間的15%.所以無法像使用燃料的火力發電廠,可以依照用電需求來調整發電量。 由於風速並非常數,風力發電整年的發電量不是標示的發電率乘上所有的運轉時間(一年內).實際產生的值與理論值(最大值)稱為容量因子。安裝良好的風力發電機,其容量因子可達35%.跟一般使用燃料的發電廠的渦輪機相比,標示1000kW的風力發電機,每年可發的電量最多到350kW.短時間的輸出功率是難以預測,但每年發電量的變化應該幾個百分比之內。 當儲藏,如此的關於用唧筒抽水水力電氣的儲藏, 或其他形式的世代被用來 " 塑造 " 風力量 (借著保證持續的遞送可信度),商業的遞送代表大約 25% 的費用增加,屈從的有活力的商業表現。
2002年在李大農場設施在科羅拉多2002年在李大農場設施在科羅拉多

能量分級

風之強弱程度,通常用風力等級來表示,而風力的等級,可由地面或海面物體被風吹動之情形加以估計之。目前國際通用之風力估計,系以蒲福風級為標準。蒲福氏為英國海軍上將,於 1805年首創風力分級標準。先僅用於海上,後亦用於陸上,並屢經修訂,乃成今日通用之風級。實際風速與蒲福風級之經驗關係式為:
V= 0.836 * (B ^ (3/2))
B為蒲福風級數,V為風速(單位:米/秒)
一般而言,風力發電機組起動風速為2.5米/秒,臉上感覺有風且樹葉搖動情況下,就已開始運轉發電了,而當風速達28~34米/秒時,風機將會自動偵測停止運轉,以降低對受體本身之傷害。
更多關於風能的知識請參考張懷全編著的《風資源與微觀選址:理論基礎與工程套用》一書。
風能

優缺點

優點

風能為潔淨的能量來源。風能設施日趨進步,大量生產降低成本,在適當地點,風力發電成本已低於其它發電機
內蒙古草原上的風力發電機內蒙古草原上的風力發電機
風能設施多為不立體化設施,可保護陸地和生態。
風力發電是可再生能源,很環保,很潔淨。
風力發電節能環保。

缺點

風力發電在生態上的問題是可能幹擾鳥類,如美國堪薩斯州的松雞在風車出現之後已漸漸消失。目前的解決方案是離岸發電,離岸發電價格較高但效率也高。
在一些地區、風力發電的經濟性不足:許多地區的風力有間歇性,更糟糕的情況是如台灣等地在電力需求較高的夏季及白日、是風力較少的時間;必須等待壓縮空氣儲能技術發展。
風力發電需要大量土地興建風力發電場,才可以生產比較多的能源。
進行風力發電時,風力發電機會發出龐大的噪音,所以要找一些空曠的地方來興建。
現在的風力發電還未成熟,還有相當發展空間。

限制及弊端

風能利用存在一些限制及弊端
1)風速不穩定,產生的能量大小不穩定;
2)風能利用受地理位置限制嚴重;
3)風能的轉換效率低;
4)風能是新型能源,相應的使用設備也不是很成熟。
5)在地勢比較開闊,障礙物較少的地方或地勢較高的地方適合用風力發電

經濟前景

經濟價值

利用風來產生電力所需的成本已經降低許多,即使不含其他外在的成本,在許多適當地點使用風力發電的成本已低於燃油的內燃機發電了。風力發電年增率在2002 年時約25%,現在則是以38%的比例快速成長。2003年美國的風力發電成長就超過了所有發電機的平均成長率。自2004 年起,風力發電更成為在所有新式能源中已是最便宜的了。在2005 年風力能源的成本已降到1990年代時的五分之一,而且隨著大瓦數發電機的使用,下降趨勢還會持續。
西班牙
位於西班牙東北方Aragon的La Muela,總面積為143.5平方公里。1980年起,新任市長看好充沛的東北風資源而極力推動風力發電。近20年來,已陸續建造450座風機(額定容量為237MW),為地方帶來豐富的利益。當地政府並藉此規劃完善的市鎮福利,吸引了許多人移居至此,短短5年內,居民已由4,000人增加到12,000人。La Muela已由不知名的荒野小鎮變成眾所皆知的觀光休閒好去處。
法國
另法國西北方的Bouin原本以臨海所產之蚵及海鹽著名,2004年7月1日起,8座風力發電機組正式運轉,這8座風機與蚵、海鹽三項,同時成為此鎮之觀光特色,吸引大批遊客從各地湧進參觀,帶來豐沛的觀光收入。
台灣
台灣的苗栗縣後龍鎮好望角因位處濱海山丘制高點,早年就是眺望台灣海峽的好去處,近幾年外商在鄰近區域,設定了21座高100米的風力發電機,形成美不勝收的景致。該公司在2003年,看中苗栗沿海冬天強勁東北季風,著手在後龍、竹南等地設立風力發電機,其中後龍成立了大鵬風力發電場,建置21座風機,發電總裝置容量達4.2萬瓩,是目前全台容量最大的風場,2006年6月竣工啟用後,儼然成為觀光新景點,吸引不少人前往探訪。好望角位在半天寮頂端居高臨下,向北可看到4、5座風機,往南也可望見3、4座風機,加上海線鐵路從山下行經,面臨寬闊的台灣海峽,風景相當引人入勝,也成為欣賞風力發電機最佳景點之一。
海陸風的形成海陸風的形成

主要技術

①水平軸風電機組技術。因為水平軸風電機組具有風能轉換效率高、轉軸較短在大型風電機組上更突顯了經濟性等優點,使它成為世界風電發展的主流機型,並占有95%以上的市場份額。同期發展的垂直軸風電機組,因為轉軸過長、風能轉換效率不高,啟動、停機和變槳困難等問題,目前市場份額很小、套用數量有限,但由於它的全風向對風和變速裝置及發電機可以置於風輪下方(或地面)等優點,近年來,國際上的相關研究和開發也在不斷進行並取得一定進展。
②風電機組單機容量持續增大,利用效率不斷提高。近年來,世界風電市場上風電機組的單機容量持續增大,世界主流機型已經從2000年的500~1000千瓦增加到2004年的2~3兆瓦,目前世界上運行的最大風電機組單機容量為5兆瓦,並已開始10兆瓦級風機的設計與研發。
③海上風電技術成為發展方向。目前建設海上風電場的造價師陸地風電場的1.7~2倍,而發電量則是路上風電場的1.4倍,所以其經濟性仍不如陸地風電場,隨著技術的不斷發展,海上風電的成本會不斷降低,其經濟性也會逐漸凸顯。
④變槳變速、功率調節技術得到廣泛採用。由於變槳距功率調節方式具有載荷控制平穩、安全和高效等優點,今年來在大型風電機組上得到了廣泛採用。
⑤直驅式、全功率變流技術得到迅速發展。無齒輪箱的直取方式能有效地減少由於齒輪箱問題而造成的機組故障,可有效提高系統的運行可靠性和壽命,減少維護成本,因而得到了市場的青睞,市場份額不斷擴大。
⑥新型垂直軸風力發電機。它採取了完全不同的設計理念,並採用了新型結構和材料,達到微風啟動、無噪聲、抗12級以上颱風、不受風向影響等優良性能,可以大量用於別墅、多層及高層建築、路燈等中小型套用場合。以它為主建立的風光互補發電系統,具有電力輸出穩定、經濟性高、對環境影響小等優點,也解決了太陽能發展中對電網的衝擊等影響。

各國鼓勵政策

風力發電自80年代開始受到歐美各國重視以來,至今全球風電發電量以每年30%的驚人速度快速成長。世界各國的再生能源推動制度,主要可分為:
固定電價系統(fixed-price systems):由政府制訂再生能源優惠收購電價,由市場決定數量。其主要之方式包括:
1.設備補助(investment subsidies):丹麥、德國及西班牙等在風力發電發展初期,皆採行設備補助的方式
2.固定收購價格(fixed feed-in tariffs):德國、丹麥及西班牙
3.固定補貼價格(fixed-premium systems)
4.稅賦抵減(tax credits):美國
固定電量系統(fixed quantity systems ):又稱再生能源配比系統(renewable-quota system ,美國稱為 Renewable Portfolio Standard),由政府規定再生能源發電量,由市場決定價格。其主要之方式包括:
1.競比系統(tendering systems):英國、愛爾蘭及法國
2.可交易綠色憑證系統(tradable green certificate systems):英國、瑞典比利時、義大利及日本
兩種推動制度之用意為形成保護市場,透過政府的力量讓再生能源於電力市場上更具投資效益,而其最終目的為提升技術與降低成本,以確保再生能源未來能於自由市場中與傳統能源競爭。

各國增長態勢

德意志銀行最新發布的研究報告預計,全球風電發展正在進入一個迅速擴張的階段,風能產業將保持每年20%的增速,到2015年時,該行業總產值將增至目前水平的5倍。
從目前的技術成熟度和經濟可行性來看,風能最具競爭力。從中期來看,全球風能產業的前景相當樂觀,各國政府不斷出台的可再生能源鼓勵政策,將為該產業未來幾年的迅速
發展提供巨大動力。
海上風能的開發海上風能的開發
根據預計,未來幾年亞洲和美洲將成為最具增長潛力的地區。中國的風電裝機容量將實現每年30%的高速增長,印度風能也將保持每年23%的增長速度。印度鼓勵大型企業進行投資發展風電,並實施優惠政策激勵風能製造基地,目前印度已經成為世界第5大風電生產國。而在美國,隨著新能源政策的出台,風能產業每年將實現25%的超常發展。在歐洲,德國的風電發展處於領先地位,其中風電設備製造業已經取代汽車製造業和造船業。在近期德國制定的風電發展長遠規劃中指出,到2025年風電要實現占電力總用量的25%,到2050年實現占總用量50%的目標。
而一直以來在風能領域處於領先地位的歐洲國家增長速度將放慢,預計在2015年前將保持每年15%的增長速度。其中最早發展風能的國家如德國、丹麥等陸上風電場建設基本趨於飽和,下一步主要發展方向是海上風電場和設備更新。英國、法國等國仍有較大潛力,增長速度將高於15%的平均水平。
目前,德國仍然是全球風電技術最為先進的國家。德國風電裝機容量占全球的28%,而德國風電設備生產總額占到全球市場的37%。在國內市場逐漸飽和的情況下,出口已成為德國風電設備公司的主要增長點。
德國政府將通過價格補貼等手段支持該行業通過技術創新保持領頭羊地位。今年,德國將再次修訂《可再生能源法》,將海上風電場入網補貼價格從每千瓦時9.1歐分提高到14歐分。
在中國,2006年國家發改委會、科技部、財政部等8部門聯合出台了《“十一五”十大重點節能工程實施意見》。依據十項節能重點工程的標準以及政府支持環保節能產業的政策導向,未來工業設備節能更新改造、建築節能、節油及石油替代以及可再生能源這幾大節能領域將獲得快速發展。
目前,根據行業雜誌《風能世界》載錄,中國市場最熱的可再生能源,比如風能、太陽能等產業。風能資源則更具有可再生、永不枯竭、無污染等特點,綜合社會效益高。而且,風電技術開發最成熟、成本最低廉。根據“十一五”國家風電發展規劃,2010年全國風電裝機容量達到500萬千瓦,2020年全國風電裝機容量達到3000萬千瓦。而2006年底,全國已建成和在建的約91個風電場,裝機總容量僅260萬千瓦。可見,風機市場前景誘人,發展空間廣闊。

我國現狀

儲量與分布

我國位於亞洲大陸東部,瀕臨太平洋,季風強盛,內陸還有許多山系,地形複雜,加之青藏高原聳立我國西部,改變了海陸影響所引起的氣壓分布和大氣環流,增加了我國季風的複雜性。冬季風來自西伯利亞和蒙古等中高緯度的內陸,那裡空氣十分嚴寒乾燥冷空氣積累到一定程度,在有利高空環流引導下,就會爆發南下俗稱寒潮,在此頻頻南下的強冷空氣控制和影響下,形成寒冷乾燥的西北風侵襲我國北方各省(直轄市、自治區)。每年冬季總有多次大幅度降溫的強冷空氣南下,主要影響我國西北、東北和華北,直到次年春夏之交才消失。 夏季風是來自太平洋的東南風、印度洋和南海的西南風,東南季風影響遍及我國東半壁,西南季風則影響西南各省和南部沿海,但風速遠不及東南季風大。熱帶風暴是太平洋西部和南海熱帶海洋上形成的空氣渦漩,是破壞力極大的海洋風暴,每年夏秋兩季頻繁侵襲我國,登入我國南海之濱和東南沿海,熱帶風暴也能在上海以北登入,但次數很少。
酒泉市現已建起中國第一個千萬千瓦級超大型風電基地,為中國最重要的風電基地。
青藏高原地勢高亢開闊,冬季東南部盛行偏南風,東北部多為東北風,其他地區一般為偏西風,夏季大約以唐古拉山為界,以南盛行東南風,以北為東至東北風。 我國幅員遼闊,陸疆總長達2萬多公里,還有18000多公里的海岸線,邊緣海中有島嶼5000多個,風能資源豐富。我國現有風電場場址的年平均風速均達到 6米/秒以上。一般認為,可將風電場風況分為三類:年平均風速6米/秒以上時為較好;7米/秒以上為好;8米/秒以上為很好。可按風速頻率曲線和機組功率曲線,估算國際標準大氣狀態下該機組的年發電量。我國相當於 6米/秒以上的地區,在全國範圍內僅僅限於較少數幾個地帶。就內陸而言,大約僅占全國總面積的 1/100,主要分布在長江到南澳島之間的東南沿海及其島嶼,這些地區是我國最大的風能資源區以及風能資源豐富區,包括山東、遼東半島、黃海之濱,南澳島以西的南海沿海、海南島和南海諸島,內蒙古從陰山山脈以北到大興安嶺以北, 新疆達板城,阿拉山口,河西走廊,松花江下游,張家口北部等地區以及分布各地的高山山口和山頂。
根據全國氣象台部分風能資料的統計和計算,中國風能分區及占全國面積的百分比見下表。
指標
豐富區
較豐富區
可利用區
貧乏區
年有效風能密度(W/㎡)
>200
150-200
50-150
<50
年≥3m/s累計小時數(h)
>5000
4000-5000
2000-4000
<2000
年≥6m/s累計小時數(h)
>2200
1500-2200
350-1500
<350
占全國面積的百分比(%)
8
18
50
24
表 中國風能分區及占全國面積的百分比
太陽輻射的能量到地球表面約有2%轉化為風能,風能是地球上自然能源的一部分,我國風能潛力的估算如下: 風能理論可開發總量(R),全國為32.26億千瓦,實際可開發利用量(R’),按總量的 l/ 10估計,並考慮到風輪實際掃掠面積為計算氣流正方形面積的 0.785倍〔1米直徑風輪面積為 0.5&sup2;×π= 0.785(平方米)〕,故實際可開發量為: R’=0.785R÷10=2.53(億千瓦)。
中國屬於能源進口大國,利用可再生能源是當務之急,特別是在中國風資源豐富的廣大的農村地區,中國政府應加大對風電設備的購買補貼,包括太陽能電池板屋頂的補貼,如果全國農村家用電能做到一半自給,能可以節約電能每年20億度以上 。希望國家加大這方面運作力度。

開發潛能

中國10m高度層的風能資源總儲量為32.26億kW,其中實際可開發利用的風能資源儲量為2.53億kW。
東南沿海及其附近島嶼是風能資源豐富地區,有效風能密度大於或等於200W/㎡的等值線平行於海岸線;沿海島嶼有效風能密度在300W/㎡以上,全年中風速大於或等於3m/s的時數約為7000~8000h,大於或等於6m/s的時數為4000h。
酒泉市、新疆北部、內蒙古也是中國風能資源豐富地區,有效風能密度為200~300W/㎡,全年中風速大於或等於3m/s的時數為5000h以上,全年中風速大於或等於6m/s的時數為3000h以上。
黑龍江、吉林東部、河北北部及遼東半島的風能資源也較好,有效風能密度在200W/㎡以上,全年中風速大於和等於3m/s的時數為5000h,全年中風速大於和等於6m/s的時數為3000h。
青藏高原北部有效風能密度在150~200W/㎡之間,全年風速大於和等於3m/s的時數為4000~5000h,全年風速大於和等於6m/s的時數為3000h;但青藏高原海拔高、空氣密度小,所以有效風能密度也較低。
雲南、貴州、四川、甘肅(除酒泉市)、陝西南部、河南、湖南西部、福建、廣東、廣西的山區及新疆塔里木盆地和西藏的雅魯藏布江,為風能資源貧乏地區,有效風能密度在50W/㎡以下,全年中風速大於和等於3m/s的時數在2000h以下,全年中風速大於和等於6m/s的時數在150h以下,風能潛力很低。

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