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3.风能技术 能源与机械工程学院 李传统 3.风能 3.1概述 3.2风况 3.3风能资源 3.4风能利用 3.5风能的价值 3.6世界风电市场 3.7环境方面的问题 3.8中国风力风电预测 3.1概述 风：太阳照射到地球上，使其表面各处空气受热不同后产生温差，引起空气对流运动形成风 。 风能：空气因密度差别产生流动所具有的动能。 公元前中国、波斯开始利用风能；宋朝开始规模化应用。14世纪欧洲用作动力机械。荷兰现还使用风车抽水。 风能的储量：到达地球的太阳能约2％转化为风能。 全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。 我国风力资源的总储量为每年16亿kW，近期可开发的约为1.6亿kW，内蒙古、青海、黑龙江、甘肃等省风能储量居我国前列。 3.2 风况 3.2.1 风的起源 风能源于太阳能，是空气密度发生变化。 地球上不同区域的主要风向是不同的。 3.2.2 风的变化 同一地点的风也随时间变化。 故飘风不终朝，骤雨不终日。孰为此者，天地。-道德经23章 3.2.4 风况曲线 风况曲线：全年8760h风速在c(m/s)以上的时间作为横坐标，宗坐标为风速c。 风况曲线的作用：风能利用的依据。 3.2.5 风能特点和风能密度 1、风能的特点 优点：蕴量大、可再生、分布广泛、无污染； 缺点：能量密度低(风速3m/s时，能流密度为0.02kW/m2)，不稳定，地区差异大。 2、风能密度 一般表达式为 (W/m2) (3.3) ρ密度， kg/m3；c速度，m/s。 平均风能密度： 3.3风能资源 3.3.1风的全球资源分布 见p42表3.4 在北纬30度和南纬30度之间，空气在赤道区域受热密度降低，向上流动，来自北方和南方的较强冷空气不断进行补充，形成了哈德利环流；北纬30度至60度之间，南纬30度至60度之间盛行西风，形成波形环流，向南（或北）输送冷空气，向北（或南）输送暖空气，称罗斯比环流。 3.3.1中国的风能资源 分为四个区：风能丰富区、风能较丰富区、风能可利用区、风能欠缺区，见p43~44。 风能的开发和利用应主要在风能丰富区和风能较丰富区进行。 中国风能分类： E大于200W/m2为风能丰富区，占全国面积8%； E为150~200W/m2为风能较丰富区，占全国面积18%； E为50~150W/m2为风能可利用区，占全国面积50%； E小于50W/m2为风能欠缺区，占全国面积24%。 3.4风能利用 3.4.1 风能利用概述 风力提水 风力发电 风帆助航 风力制热 1973年世界石油危机，风能日益受到重视。美国1974年开始实行联邦风能计划：评估国家风能资源；研究风能开发中的社会和环境问题；改进风力机的性能，降低造价；研究为农业和其他用户用的小于100kW的风力机；为电力公司及工业用户设计的MW级风力发电机组。美国于80年代成功开发了100、200、2000、2500、6200、7200kW的6种风力机组。美国风力机装机容量超过20000MW。 2012年中国风电装机容量达到60830MW，居世界第一，发电量为1004亿千瓦时。??? 世界上最大的风力发电机组之一夏威夷岛，叶片直径为97.5m，重144t，年发电量达1000万kW·h。 在瑞典、荷兰、英国、丹麦、德国、日本、西班牙，也制定了相应的风力发电计划。德国1980年在易北河口建成了一座风 力电站，装机容量为3000kW。。 ? 20世纪80年代，我国先后从丹麦、比利时、瑞典、美国、德国引进一批中、大型风力发电机组。在新疆、内蒙古的风口及山东、浙江、福建、广东建立了8座示范性风力发电场。目前我国已研制出100多种不同型式、不同容量的风力发电机组，形成了世界上产量最大的风力发电机产业。 3.4.2 风力发电 1、风力发电机 风机输出的功率P1为 W (3.7) 发电机输出的功率P2为 W (3.7) 风力发电机中的风力机分为阻力风机和升力风机两种： 阻力风机是靠与空气流动方向垂直流面S的空气阻力驱动的； 升力风机是空气流经风机的翼型叶片时，在来流方向上产生阻力的同时，在来流垂直方向上会产生升力A 。 Largest rotating machines on earth The wind turbine 2、风力发电的型式 离网运行 联网运行 （1）风力发电离网运行 为蓄电池充电：转子直径3米（40～1000W） 为边远地区提供可靠电力 给水加热：用于私人住宅 边远地区