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【科普】风力田——风能利用的现代新兴形式

日期:2022-10-20    来源:气象知识  作者:汪勤模

国际风力发电网

2022
10/20
13:53
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关键词: 风力发电 风力发电机组 风力发电站

在地球上,风无处不在,而且它的力量不可低估。自古至今,人们已经认识到它是取之不尽、用之不竭的一种自然能源。

对这天赐良“源”,说它古老、原始,是因为在很久以前人们就已经认识到了它的价值,并对它进行了开发利用;说它现代、新兴,是因为自然形态的风能到今天又焕发出新的活力,新的运用方式大幅度地开展起来了。

古往今来,从风帆、风车到风电,风能开发应用的技术不断更迭。风帆和风车都是将风能转变为机械能,构成了风力发“动”机,属于古老的风能利用形式。如果再把机械能进一步转化为电能,这就是风力发电。风力发电机可以说是20世纪以后现代的风能利用形式。

风力发电的原理,是利用风力带动风车叶片旋转,再通过增速机将旋转的速度提高来促使发电机发电。依据目前的风车技术,大约是3米每秒的风速,便可以开始发电。风力发电机组主要由两大部分组成:风力机部分,它将风能转换为机械能;发电机部分,它将机械能转换为电能。

这种风力发电机组(风电场)又称为风力田,它是从英文词“windfarm”或“windmill field”直译过来的。其意思是,在风能丰富的原野、山坡上安装多台风力发电机,因为它们按照一定的排列方式,远远望去,好像田间的庄稼一样,所以就形象地译为“风力田”。比如新疆达坂城著名的百里风区内,白色高大的风力机(风车)延绵不尽,如同一片排列整齐的“白色森林”。

1910年丹麦建成世界上最早的风力发电站。第一次世界大战后,发展起来的螺旋桨式飞机和近代气体动力学理论为风轮叶片的设计提供了理论依据,世界上出现了研究大型风力发电机的热潮。但是,随着蒸汽机的出现,大量矿物燃料,如煤、石油、天然气等的大规模开采使人们可以更多地获得廉价电力,风力机的使用大为减少。到1973年以后,受能源短缺的影响,风能又重新被看作是一种补充能源。特别是1992年在里约热内卢召开的国际环境与发展会议以后,风能作为无污染洁净的可再生能源,受到世界各国的青睐。2001年7月,全球各国在波恩就《京都议定书》达成共识,赞成推动风力发电的发展。

风能之所以受到青睐,在于它是一种环保、清洁的可再生资源,本质上属于广义的太阳能的一种。与传统的化石燃料相比,有诸多优点,即:清洁,环境效益好;可再生,永不枯竭;基建周期短,在陆地上或海上都能建设;装机规模灵活,运行和维护成本低。

中华人民共和国成立后,20世纪50年代在发展传统风车的同时,开始摸索研制风力发电机组。70年来,我国风电从零起步,从科研试验、示范项目到商业化、产业化应用,风电产业从无到有、从小到大、从弱到强,走过了一条迂回曲折又波澜壮阔的崛起之路,风电已经超越核电,成为仅次于火电、水电的名副其实的第三大主力电源。近年来,我国风电连续多年新增装机数量居世界首位,成为全球第一风电大国;我国风电不仅在发展速度上领跑世界,在技术创新方面,也开始引领全球风电行业新航向。时至今日,我国风电产业从离网型小型风电发展至并网型大型风电,从引进吸收跃升为自主创新,从大漠戈壁拓展至浅水海滩,开启了平价上网的新时代。

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