A. 如何對風能的研發和利用
在自然界,風是一種巨大的能源,它遠遠超過礦物能源所提供的能量總和,是一種取之不盡、尚未得到大量開發利用的能源。
風能是空氣在流動過程中所產生的能量,而大氣運動的能量來源於太陽輻射。由於地球表面各處受太陽輻射後散熱的快慢不同,加之空氣中水蒸氣的含量不同,從而引起各處氣壓的差異,結果高氣壓地區空氣便向低氣壓地區流動,從而形成了風。因此,風能是一種不斷再生的、沒有污染的清潔能源。太陽不斷地向地球輻射能量,而到達地球的太陽輻射能中,約有20%被地球大氣層所吸收,其中只有很小的一部分被轉化為風能,它相當於10800億噸煤所儲藏的能量。據計算,風能量大約相當於目前地球上人類一年所消耗能量總和的100倍。
風能的利用
風能的大小和風速有關,風速越大,風所具有的能量就越大。通常,風速為8~10米/秒的5級風,可使小樹搖擺,水面起波,吹到物體表面的力,每平方米面積上達10千克;風速20~24米/秒的9級風,可以使平房屋頂和煙囪受到破壞,吹到物體表面的力,每平方米面積上達50千克;風速為50~60米/秒的台風,對於每平方米物體表面的壓力,高達200千克。整個大氣中總風力的1/4在陸地上空,而近地面層每年可供利用的風能,約相當於500萬億千瓦時的電力。由此可見,風能之大是多麼的驚人。
人類對於風能的利用是比較早的。早在公元前一兩千年,我國就已開始使用風車。2000多年前,我國已有了利用風力的帆船。19世紀末,人們開始研究風力發電,1891年,丹麥建造了世界上第一座試驗性的風能發電站。到了20世紀初,一些歐洲國家如荷蘭、法國等,紛紛開展風能發電的研究。由於近年來還廣泛開展了風能在海水淡化、航運、提水、供暖、製冷等方面的研究,使風能的利用范圍得到了進一步的擴大。
現代化的風能利用主要是供發電。利用風能發電,盡管受風力大小變化的影響,但既沒有輻射的潛在危險,又不會污染,因而,受到人們的青睞。
美國是世界上最大的風力發電生產國,其生產的風能電力約佔世界的85%。大部分風力公司集中在加利福尼亞州,共有15000台風力渦輪發電機,裝機容量足以滿足舊金山所有家庭、工廠、企業用電需要,每年生產的能最相當於350萬桶石油。其中,最大的風力發電公司是設在利弗莫爾的美國風力公司,它管理著大約4000台風力渦輪機。
歐洲也極為重視風力發電的研究,現在其投資約為美國的10倍。丹麥是世界上第二大風能生產國,1990年其風輪機發電,占其電力總生產的2%。日本從1983年起,分別在東京都的三宅島和沖繩縣沖永良部島著手進行風力發電設施的研究,並已取得了一些基礎數據。今後的課題是選定風力條件好的發電場所,揭示風力發電實用化的可能性。
我國地域遼闊,蘊藏著非常豐富的風能資源。據計算,全國風能資源總儲量約為每年16億千瓦,其中近期可開發利用的約為每年1.6億千瓦。我國東南、華東、華北地區沿海及島嶼的平均風速為6~7米/秒,而這些地區又迫切需要電力;西北牧區,地勢較高,風速較大,平均風速在4米/秒以上,但這一帶地廣人稀,居民點分散,燃料奇缺,也迫切需要電能;西南地區一些山區風口,風速大,風向穩定,有著發展風力發電的優越條件。因此,在我國因地制宜地開發利用風能,不僅可以擴大能源,而且有助於解決邊遠地區孤立用電戶的需要,因而有著重要的現實意義。我國現在最大的風力發電站,是1983年建造在浙江泗礁島上的40千瓦風力發電站,現已並網發電。由於內蒙古具有發展風力發電的優越條件,所以目前在這一地區已安裝了風力發電機1700多台,裝機總容量在19萬多千瓦,基本上解決了牧民們用電的需要。
根據我國風能資源分布情況和當前的技術條件,近期開發利用風能的重點將放在內蒙古、東北、西北、西藏和東南沿海,以及島嶼、高山、風口等風能資源豐富的地區。在年平均風速超過6米/秒的地區,特別是電網很難達到的牧區、海島和高山邊遠地區,開發利用風能資源更具有深遠意義。