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如何有效利用風(fēng)能并做到風(fēng)電的并網(wǎng)及消納

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2015-08-18  來(lái)源:亮報(bào)  瀏覽次數(shù):371
核心提示:如何有效利用風(fēng)能并做到風(fēng)電的并網(wǎng)及消納
     編者按:如果天不再藍(lán)、電不夠用,未來(lái)人類(lèi)該如何選擇?為了解決全球能源緊張和環(huán)境污染問(wèn)題,大力發(fā)展清潔能源已成為緩解能源瓶頸的有效途徑。利用清潔能源發(fā)電,能夠減少對(duì)傳統(tǒng)能源的消耗和對(duì)環(huán)境的污染,使我們的生活更加健康、節(jié)能低碳。
    風(fēng)吹綠電來(lái)
    ——如何有效利用風(fēng)能
    不必說(shuō)文人墨客筆下“春風(fēng)又綠江南岸”“柳絮池塘淡淡風(fēng)”所呈現(xiàn)的充滿(mǎn)詩(shī)情畫(huà)意的風(fēng),單只講為人類(lèi)傳遞信息的風(fēng)箏、提供動(dòng)力的風(fēng)車(chē)和風(fēng)帆,都是人類(lèi)有效利用風(fēng)的杰作。風(fēng)能相對(duì)于傳統(tǒng)的化石能源,是一種清潔能源,利用風(fēng)能的最好途徑就是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能使用。本期,就和你講講風(fēng)能的特點(diǎn),以及人們是如何利用風(fēng)能發(fā)電的。
    1、風(fēng)是如何形成的?
       風(fēng)的能量主要來(lái)自于太陽(yáng)能,太陽(yáng)的輻射給地球上的空氣加熱時(shí),地球大氣受熱并不均勻,溫度高的地方空氣上升,于是在地表形成了低壓;溫度低的地方空氣下降,在地表形成了高壓。高壓和低壓之間形成氣壓梯度,空氣從高壓區(qū)向低壓區(qū)流動(dòng),就形成了水平運(yùn)動(dòng)的風(fēng)。
    2、風(fēng)按照強(qiáng)度分類(lèi),可以分為哪幾級(jí)?
       你一定在天氣預(yù)報(bào)中聽(tīng)到過(guò)類(lèi)似這樣的說(shuō)法,“渤海風(fēng)力6~7級(jí)轉(zhuǎn)4~5級(jí)”。這里所說(shuō)的“級(jí)”就是按照強(qiáng)度對(duì)風(fēng)的分類(lèi),稱(chēng)為“蒲福風(fēng)力等級(jí)”。它把風(fēng)按照風(fēng)速分為從0~12共13個(gè)等級(jí),數(shù)字越高,風(fēng)速越快,風(fēng)中所攜帶的能量越大。
       為了方便記錄,人們還給這13個(gè)等級(jí)的風(fēng)分別起了名字:0級(jí)為無(wú)風(fēng),1級(jí)為軟風(fēng),2級(jí)為輕風(fēng),3級(jí)為微風(fēng),4級(jí)為和風(fēng),5級(jí)為清風(fēng),6級(jí)為強(qiáng)風(fēng),7級(jí)為疾風(fēng),8級(jí)為大風(fēng),9級(jí)為烈風(fēng),10級(jí)為狂風(fēng),11級(jí)為暴風(fēng),12級(jí)為颶風(fēng)。
    3、風(fēng)能的特點(diǎn)是什么?
       我們來(lái)看看風(fēng)能的特點(diǎn):首先,風(fēng)能的蘊(yùn)量巨大。太陽(yáng)輻射到地球的能量中,有2%轉(zhuǎn)化為風(fēng)能,這可是一個(gè)非常龐大的數(shù)字。
       地球上的風(fēng)能約為27400億千瓦,其中可以利用的約200億千瓦,這個(gè)數(shù)量有多大呢?它是地球上可開(kāi)發(fā)利用的水能總量的10倍!全世界每年燃燒煤炭得到的能量,還不到風(fēng)能在同一時(shí)間內(nèi)提供給地球能量的1%。
       風(fēng)能最厲害的地方還不僅限于此。風(fēng)能是可再生的,幾乎可以說(shuō)是取之不盡、用之不竭的。另外,風(fēng)能是清潔能源,現(xiàn)如今人們使用的風(fēng)能利用技術(shù)不會(huì)造成空氣污染。
       然而有效地利用風(fēng)能可并不簡(jiǎn)單,擺在人們面前的困難重重。
       第一,風(fēng)功率密度低,也就是說(shuō)風(fēng)能雖然大,但是很難集中利用。為什么說(shuō)風(fēng)能多,但不集中呢?如果我們利用化石能源,開(kāi)采一個(gè)煤礦或者油田就行了;如果利用水能,在合適的地方修個(gè)水電站就可以了。風(fēng)能四處皆是,很難把它們集中利用。因此需要選好風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址,形成規(guī)?;谩?/div>
       第二,風(fēng)能是不穩(wěn)定的,一陣風(fēng)大,一陣風(fēng)小,幾乎沒(méi)什么規(guī)律,讓人很難掌控。
       第三,風(fēng)能的分布很不均勻。要想利用好風(fēng)能肯定需要很多技術(shù)手段。
    4、我國(guó)的風(fēng)能主要分布在哪些地區(qū)?
       度量一個(gè)地方風(fēng)能資源是否豐富,我們常用“風(fēng)功率密度”這個(gè)概念,它的單位是“瓦/平方米”。
       如果我們把風(fēng)能資源的多少畫(huà)在中國(guó)地圖上,就會(huì)見(jiàn)到一個(gè)很有意思的畫(huà)面:西北、東北、華北、東南地區(qū)都是風(fēng)能資源豐富的地方,中原地帶和西南、東南部分地區(qū)的風(fēng)能資源貧乏。
       我國(guó)風(fēng)能資源總的技術(shù)可開(kāi)發(fā)利用量為7億~12億千瓦。蒙東、蒙西、新疆哈密、甘肅酒泉、河北壩上、吉林西部、江蘇沿海、山東沿海等地區(qū)是我國(guó)風(fēng)能資源最豐富的地區(qū),50米高度3級(jí)以上風(fēng)能資源潛在開(kāi)發(fā)量約18.5億千瓦,占全國(guó)陸上風(fēng)能資源的77.7%。
    5、人們是如何利用風(fēng)能發(fā)電的?
       風(fēng)力發(fā)電的基本原理簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),就是將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,再將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/div>
       具體來(lái)說(shuō),就是風(fēng)吹過(guò)風(fēng)車(chē)槳葉時(shí)在槳葉正反面形成壓差,驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn),將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)輪的機(jī)械能。發(fā)電機(jī)在風(fēng)輪的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)發(fā)電,將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?shí)現(xiàn)這一能量轉(zhuǎn)換的設(shè)備為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。
       風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率是衡量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電能力的指標(biāo),功率越大,則發(fā)電能力越強(qiáng)。風(fēng)電機(jī)組在達(dá)到額定功率之前,其輸出功率和風(fēng)速的立方成正比,因此風(fēng)速是風(fēng)能資源的關(guān)鍵因素。
       但是,人們從風(fēng)中提取的能量最多只能是它的59.6%,一般情況下要小于40%。
    小知識(shí):風(fēng)能利用的歷史
    人們很早就注意到風(fēng)能是一種非常好的能源,而且一直在尋找各種有效利用的方法。在幾千年之前,古埃及人就發(fā)明了風(fēng)帆,他們?cè)诖习采巷L(fēng)帆,借助風(fēng)力使船航行。中國(guó)在明代之后,開(kāi)始普遍使用風(fēng)帆驅(qū)動(dòng)水車(chē)灌田。
    18世紀(jì),荷蘭曾利用近萬(wàn)座風(fēng)車(chē)將海堤內(nèi)的水排干,成了著名的風(fēng)車(chē)之國(guó)。這種風(fēng)車(chē)在歐洲大陸很普遍,是機(jī)械能的主要來(lái)源。可是后來(lái),蒸汽機(jī)、電動(dòng)機(jī)等高效的新興機(jī)械產(chǎn)品出現(xiàn)了,古老的風(fēng)車(chē)顯得又慢又笨,于是被紛紛棄之不用。
    風(fēng)能重新被規(guī)模利用,是1973年發(fā)生石油危機(jī)以后,美國(guó)、西歐的一些國(guó)家為尋求替代化石燃料的能源,利用計(jì)算機(jī)、空氣動(dòng)力學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域的新技術(shù)研制出現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,加之人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到常規(guī)化石能源對(duì)環(huán)境的污染,于是積極開(kāi)發(fā)清潔、可再生的能源。風(fēng)能作為一種很好的清潔能源,如今越來(lái)越受到人們的重視,并被大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用。
    鏈接:我國(guó)風(fēng)電的發(fā)展歷程
    我國(guó)在20世紀(jì)50年代后期開(kāi)始風(fēng)力發(fā)電研究工作。1986年,中國(guó)最早的風(fēng)電場(chǎng)——馬蘭風(fēng)電場(chǎng)的3臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行。
    2006年1月1日,《中華人民共和國(guó)可再生能源法》正式實(shí)施,中國(guó)風(fēng)力發(fā)電進(jìn)入大規(guī)模發(fā)展階段,裝機(jī)規(guī)模持續(xù)迅猛增長(zhǎng)。
    2009年突破1000萬(wàn)千瓦,2012年突破5000萬(wàn)千瓦,取代美國(guó)成為世界第一風(fēng)電裝機(jī)大國(guó)。
    截至2015年2月底,我國(guó)并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量突破1億千瓦,達(dá)到10004萬(wàn)千瓦,繼續(xù)穩(wěn)居我國(guó)第三大發(fā)電類(lèi)型和世界風(fēng)電裝機(jī)首位。我國(guó)已成為全球風(fēng)電裝機(jī)增長(zhǎng)速度最快、新增風(fēng)電裝機(jī)容量最大的國(guó)家。
    風(fēng)吹綠電來(lái)
    ——如何做到風(fēng)電的并網(wǎng)及消納
    上期科普版介紹了人們是如何有效利用風(fēng)能的,本期再來(lái)和你講講風(fēng)電建設(shè)者是如何為風(fēng)電場(chǎng)選址的,風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生哪些影響,以及如何確保風(fēng)電的消納。
    1、風(fēng)電機(jī)組由哪些部分組成?
    從外形看,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由風(fēng)輪、機(jī)艙、塔架組成。
風(fēng)電

    風(fēng)輪。風(fēng)輪一般由2~3個(gè)槳葉裝在輪轂上組成,是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組接收風(fēng)能的部件。我們平時(shí)看到那個(gè)像風(fēng)車(chē)一樣的東西,其實(shí)就是槳葉,它就像水中劃船用的槳一樣,槳葉越大,從風(fēng)中獲取的能量也就越多。目前,風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大多采用3個(gè)槳葉,其特點(diǎn)是運(yùn)行平穩(wěn)、效率高。制作槳葉的材料通常是玻璃纖維,但是隨著槳葉的不斷加大,還需要既能減輕槳葉質(zhì)量,又能滿(mǎn)足強(qiáng)度與剛度要求的復(fù)合材料,如碳纖維、竹纖維、高強(qiáng)度玻璃纖維。
    機(jī)艙。機(jī)艙內(nèi)有齒輪箱、發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備,負(fù)責(zé)將風(fēng)輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能。
    塔架。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組需要通過(guò)塔架將其置于空中,以獲取更多的風(fēng)能。塔架內(nèi)通常裝有梯子,以便工作人員沿梯子進(jìn)入塔架頂端的機(jī)艙進(jìn)行檢修操作。
    2、風(fēng)電場(chǎng)如何選址?
    選擇風(fēng)電場(chǎng)的場(chǎng)址,是對(duì)一個(gè)較大區(qū)域的風(fēng)能、氣象條件、電網(wǎng)、交通、地質(zhì)、周?chē)h(huán)境等因素和條件綜合考察后,選擇一個(gè)風(fēng)能資源豐富、最有利用價(jià)值的小區(qū)域的過(guò)程。要綜合考慮以下幾個(gè)方面的因素:
    (1)風(fēng)能的質(zhì)量。風(fēng)能的質(zhì)量不僅包括風(fēng)能的多少,即年平均風(fēng)速高、風(fēng)功率密度大、可利用小時(shí)數(shù)等,還包括風(fēng)的一些特性,如風(fēng)向基本穩(wěn)定、風(fēng)速變化小等。
    (2)氣象條件。在與風(fēng)打交道時(shí),氣象條件尤為重要??睖y(cè)一處風(fēng)電場(chǎng),要了解這個(gè)地方的溫度、濕度、氣壓等氣象學(xué)信息。此外,風(fēng)電場(chǎng)一定要盡量避開(kāi)那些氣象災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū)。這些氣象災(zāi)害包括強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、龍卷風(fēng)、雷電、沙暴、覆冰、鹽霧等。
    (3)地理?xiàng)l件。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的隊(duì)列要講究按地形“排兵布陣”,風(fēng)電場(chǎng)的選址也需要結(jié)合大量地理因素。首先要注意地形和地表植被。此外,建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)也需要盡量避開(kāi)地質(zhì)災(zāi)害較多的地方,比如地震帶、火山頻發(fā)的地域。
    (4)其他因素。除了“天時(shí)地利”,建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)還需要充分考慮到“人和”的因素。選擇靠近電網(wǎng)的區(qū)域建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)可以有效降低成本,也減少了電能損耗。風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)遠(yuǎn)離人口稠密的地方,以避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)組噪聲、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組損壞時(shí)的易發(fā)危險(xiǎn)給人們帶來(lái)的影響。風(fēng)電場(chǎng)的選擇還需要考慮盡量少破壞地表植被,盡量不侵占野生動(dòng)物的巢穴區(qū),并盡量避開(kāi)鳥(niǎo)類(lèi)的飛行路線(xiàn)。
    3、風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電機(jī)組是如何排布的?
葉片

    通過(guò)對(duì)地形和風(fēng)能的研究,人們?yōu)轱L(fēng)力發(fā)電機(jī)組編排了各種隊(duì)形。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組排布時(shí),通常呈“梅花陣”排列。“梅花陣”是針對(duì)比較平坦、風(fēng)向相對(duì)單一地區(qū)設(shè)計(jì)的陣列,它的整體形態(tài)為矩陣式分布,各排之間相互平行,但每?jī)膳砰g是相互錯(cuò)位的。這樣做是為了減小風(fēng)力發(fā)電機(jī)組之間的尾流干擾。“田字陣”和“圓形陣”都是為應(yīng)對(duì)多個(gè)風(fēng)向并存的情況設(shè)計(jì)的。
    4、風(fēng)電并入電網(wǎng),對(duì)電網(wǎng)有何影響?
    風(fēng)是一種自然現(xiàn)象,風(fēng)速與風(fēng)向會(huì)隨機(jī)不斷變化,以致造成風(fēng)電的頻率、電壓不穩(wěn)定。而風(fēng)電場(chǎng)大都采用了并網(wǎng)發(fā)電的模式,也就是將風(fēng)電并入一個(gè)電網(wǎng)。如果一個(gè)電網(wǎng)中的風(fēng)電比重過(guò)大,那么提供的電能質(zhì)量就會(huì)受到影響,這樣會(huì)使我們家庭使用的電壓不穩(wěn)定,以致燈泡一會(huì)兒亮,一會(huì)兒暗,或?qū)е乱恍╇娖鳠o(wú)法正常工作,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)癱瘓。因此,現(xiàn)在科研人員都在研究如何將風(fēng)電變得更穩(wěn)定。
    5、如何確保風(fēng)電的消納?
    近年來(lái),我國(guó)風(fēng)力發(fā)電進(jìn)入了大規(guī)模發(fā)展階段。風(fēng)電高速發(fā)展也帶來(lái)了并網(wǎng)和消納難題。那么,如何確保風(fēng)電的消納呢?專(zhuān)家建議,要統(tǒng)一協(xié)調(diào)各種類(lèi)型的電源規(guī)劃,在風(fēng)電場(chǎng)建成之前就規(guī)劃好如何并網(wǎng)、如何消納;電網(wǎng)建設(shè)應(yīng)該走在風(fēng)電開(kāi)發(fā)之前,加快風(fēng)電送出工程建設(shè),提高風(fēng)電外送能力;還要注重加強(qiáng)風(fēng)電優(yōu)先調(diào)度,挖掘系統(tǒng)調(diào)峰能力;每年冬季供暖期,優(yōu)化風(fēng)電配套線(xiàn)路檢修計(jì)劃,優(yōu)化供熱機(jī)組調(diào)度,努力增加風(fēng)電消納空間。此外,還要加快建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng),加大風(fēng)電消納范圍和外送力度,實(shí)施風(fēng)光水火電打捆外送,在全國(guó)范圍優(yōu)化配置和消納。
    6、為何要開(kāi)展大規(guī)模海上風(fēng)力發(fā)電?
    眾所周知,海面上的風(fēng)能資源比陸地上豐富,海上很少有靜風(fēng)期,能更有效地利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電容量。海上的風(fēng)速隨高度的變化小,不需要很高的塔架。而且,海上沒(méi)有復(fù)雜的地形對(duì)氣流的影響,因此減小了風(fēng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的疲勞損耗,可延長(zhǎng)其使用壽命。另外,海上風(fēng)電不占用寶貴的陸地資源,且適合安裝大型機(jī)組。目前,很多國(guó)家都在發(fā)展大規(guī)模海上風(fēng)電場(chǎng),海上風(fēng)力發(fā)電已成為風(fēng)電的發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)有漫長(zhǎng)的海岸線(xiàn),有著豐富的海上風(fēng)能資源。國(guó)家能源局2010年指出,要大力推進(jìn)海上風(fēng)力發(fā)電基地建設(shè)。
 
關(guān)鍵詞: 風(fēng)電
 
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