理论教育 全球风能资源潜力及利用形式与设备

全球风能资源潜力及利用形式与设备

时间:2023-06-08 理论教育 版权反馈
【摘要】:据世界气象组织估计全球的风能约为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。目前风能利用的主要形式是风能发电和风能提水,其主要设备是风力机和风力发电系统。由于风能储量大、分布广,陆地和海上可开发的风能资源储量分别为2.5亿kW和7.5亿kW,大大超过可利用的3.78亿kW水能资源。

全球风能资源潜力及利用形式与设备

风是地球上的一种自然现象,它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面,由于地球表面各处受热不同,产生温差,从而引起大气的对流运动形成风。风是流动的空气,有速度,有密度,所以包含能量。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能,但其总量仍是十分可观的。据世界气象组织估计全球的风能约为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。

风能就是空气流动所产生的动能。大风所具有的能量是很大的。风速为9~10m/s的5级风,吹到物体表面上的力,每平方米面积上约有10kg。风速为20m/s的9级风,吹到物体表面上的力,每平方米面积可达50kg左右。台风的风速可达50~60m/s,它对每平方米物体表面上的压力,竟可高达200kg以上。汹涌澎湃的海浪,是被风激起的,它对海岸的冲击力是相当大的,有时可达每平方米20~30t的压力,最大时甚至可达每平方米60t左右的压力。

风能是干净的能源,古代就利用风能作为动力,用风带动简易的传动装置,用以磨米、灌溉和排涝。

风中含有的能量,比人类迄今为止所能控制的能量高得多。全世界每年燃烧煤炭得到的能量,还不到风力在同一时间内所提供给我们的能量的1%。可见,风能是地球上非常丰富而重要的能源之一。合理利用风能,既可减少环境污染,又可减轻越来越大的能源短缺的压力。

目前风能利用的主要形式是风能发电和风能提水,其主要设备是风力机和风力发电系统。风力提水的历史悠久,近代的风力提水发展最好的国家应该算是荷兰,荷兰被称作风车之国,在还没有电能的时候,就开始利用风能生产生活了,1880年最鼎盛时期有1万多架风车。荷兰人拦海造田,风车帮助他们提干了海水,留下大片土地。荷兰还制定出世界上最特别的法律——《风法》,授予风车主人以“风权”,他人不得在风车附近修筑其他建筑物。现代风力提水机按作业性质和水源条件可分为两类:一类是低扬程流量风力提水机,适用于河渠提水灌溉、排涝或盐场提水制盐;另一类是高扬程小流量风力提水机,它适用于深井提水。

风力发电在新能源和可再生能源行业中增长最快,年增达35%,美国、意大利和德国年增长更是高达50%以上。德国风电已占总发电量的3%,丹麦风电已超过总发电量的10%。全球风电装机容量已达25000MW以上,能满足1500万个家庭,即3800万人的用电需求。虽然欧洲占世界风电总装机容量的70%以上,但其他国家也在积极开辟市场,已有50多个国家正积极促进风能事业的发展。由于风力发电技术相对成熟,许多国家投入较大、发展较快,使风电价格不断下降,目前风力发电成本为0.4~0.7元/kW·h,若考虑环保和地理因素,加上政府税收优惠和相关支持,在有些地区已可与火电等能源展开竞争。在全球范围内,风力发电已形成年产值超过50亿美元的产业。

表5-6所示为2009年、2010年世界风电装机统计;表5-7所示为2009年风能设备制造商提供能力与市场份额。

表5-6 2009年、2010年世界风电装机统计

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(续)

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注:资料来源于GWEC(Global wind enegy council——2011-2-2)。(www.daowen.com)

表5-7 2009年风电设备制造商提供能力与市场份额

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注:数据来源于世界风能协会(WWEA)报告。

我国通过加快发展风力发电,以实现减排。如我国第一个百万千瓦风电基地——单晶河200MW国家特许风电项目已于2007年4月底在河北省张北县奠基开工,到2008年北京奥运会开幕前,由这个风电基地提供的电能并入华北电网,从而提高清洁能源在电网中的比例,为北京科技奥运做出了贡献。单晶河风电场位于张北县的西南部。这里风能资源比较丰富,65m高度年平均风速7.64m/s,平均风功率密度378.6W/m2,开发风电的条件较好。该项目总装机容量为200MW,每年可

发电4.4亿kW·h。与相同发电量的火电相比,每年可节约约16.6万t(标煤),折合原煤为23.3万t,可相应减排SO2为7454t、NO2为2115t、CO2为39.5万t、CO为53.6t,此外还可以减少废渣排放4万t、减少耗水1万多t,对改善大气环境有积极的作用。

我国风能资源丰富,可开发利用的风能储量约10亿kW,其中,陆地上风能储量约2.53亿kW(陆地上离地10m高度资料计算),海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW。由于风能储量大、分布广,陆地和海上可开发的风能资源储量分别为2.5亿kW和7.5亿kW,大大超过可利用的3.78亿kW水能资源。2010年中期我国风电装机容量2175万kW,2010年底我国风电装机容量约4183万kW,“十二五”末期我国风电装机容量1亿kW,2020年我国风电装机容量1.5亿kW,2020年我国风电装机容量的设备投资总额7700亿元。

2010年华锐风电科技(集团)股份有限公司自主研发并拥有全球自主知识产权的5MW风电机组已于10月12日正式出产,这是我国首台5MW风电机组。与此同时,其6MW风机也预计将于2011年上半年下线。其5MW系列风电机组包括陆地、海上、潮间带系列机型,单台每年发电可达1000万度,采用的是带齿轮箱的变桨变速双馈发电技术。

随着我国风电产业的发展,特别是海上风电特许权招标项目的全面启动,风电机组大型化已成为行业发展的趋势。

2010年6月8日,由该公司自主研发的34台3MW海上风电机组在第一个国家示范工程——上海东海大桥海上风电场项目全部成功并网发电,并于8月31日全部通过240h预验收,由此揭开了自主建设海上风电项目的序幕。华锐风电科技(集团)股份有限公司在首轮100万kW海上风电特许权项目中,一共获得了滨海和射阳共计60万kW的近海风电项目,此外还获得了江苏大丰C4国家潮间带30万kW示范项目。海上风电将成为华锐风电的发展重点之一,希望未来五年将以每年超过100%的速度增长。

我国风电设备行业已经从消化引进海外技术阶段发展至自主技术创新阶段,风电设备具备技术和价格等方面的优势。

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