風(fēng)能利用技術(shù)的研究綜述

李有雯，席 靜，王 靜，梁 斌

(蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730000)

當(dāng)今世界，倍受關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題之一就是能源問(wèn)題。因?yàn)槟茉磫?wèn)題與人類的活動(dòng)緊密相連，與人類生活和生產(chǎn)都休戚相關(guān)。因此，能源的儲(chǔ)備、開(kāi)發(fā)、利用是國(guó)家的頭等大事。

眾所周知，能夠產(chǎn)生能量的資源叫能源[1]。多年以來(lái),人類過(guò)度地開(kāi)發(fā)利用煤、石油、天然氣等常規(guī)化石能源，隨著人類消費(fèi)能源的能力不斷提高，常規(guī)能源的消耗速度也十分驚人.而作為不可再生的常規(guī)化石能源，消耗殆盡的時(shí)間一天天臨近。

在不斷增長(zhǎng)的能源需要和持續(xù)增大的能源消耗的矛盾中，越來(lái)越多的國(guó)家意識(shí)到了開(kāi)發(fā)利用新能源在可持續(xù)發(fā)展的道路中的重要性。新能源的開(kāi)發(fā)利用技術(shù)發(fā)展，不僅展現(xiàn)一個(gè)時(shí)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的進(jìn)步程度，也可以體現(xiàn)帶帶人類社會(huì)文明的進(jìn)步程度，這是一種新的環(huán)保理念的延續(xù)。

目前全球范圍內(nèi)已經(jīng)開(kāi)發(fā)利用的新能源主要包括太陽(yáng)能、水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等。其中，風(fēng)能資源是現(xiàn)階段以來(lái)發(fā)展最快，利用技術(shù)最為成熟，同時(shí)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化最為經(jīng)濟(jì)的一種較為理想的開(kāi)發(fā)能源[2]。

因此開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能源已經(jīng)迫在眉睫，要讓人類受益于風(fēng)能源的開(kāi)發(fā)，讓風(fēng)能源技術(shù)造福人類。

1 風(fēng)能的概述

1.1 什么是風(fēng)能

吹風(fēng)是地球上的一種最常見(jiàn)的自然現(xiàn)象。而地球上的風(fēng)是怎么形成的呢？風(fēng)形成的原因是太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱能引起來(lái)的。太陽(yáng)光可以照射在地球表面，而由于地球表面不同的地方接受光熱的能力不同，因此會(huì)在各個(gè)區(qū)域產(chǎn)生溫度差，進(jìn)一步由于熱密度差引起大氣對(duì)流，當(dāng)大氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生風(fēng)[3]。

1.2 風(fēng)能的特點(diǎn)

風(fēng)能作為可再生能源的重要類別，具有蘊(yùn)藏量巨大、可再生、分布廣、無(wú)污染等特點(diǎn)，風(fēng)力發(fā)電已成為世界可再生能源發(fā)展的重要方向。

1.3 我國(guó)區(qū)域內(nèi)風(fēng)能資源的分布

我國(guó)位于亞洲大陸東南，比鄰太平洋西岸，屬于季風(fēng)強(qiáng)盛的區(qū)域。我國(guó)具有廣袤的草原和一望無(wú)際的海岸線，風(fēng)能資源儲(chǔ)備非常豐富[4]。同時(shí)風(fēng)能的發(fā)展對(duì)于解決能源與環(huán)境保護(hù),能源與發(fā)展之間的矛盾具有良好的開(kāi)發(fā)前景, 發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)陸上離地10m高度風(fēng)能資源總儲(chǔ)量約43.5億kW，這個(gè)數(shù)字穩(wěn)居世界首位。海上10m高度可開(kāi)發(fā)和利用的風(fēng)能儲(chǔ)量約為7.5億kW。我國(guó)風(fēng)能資源豐富的地區(qū)主要分布在東北、華北、西北(并稱為三北地區(qū))、東南沿海及附近島嶼。其中新疆達(dá)坂城、內(nèi)蒙古和廣東南澳等風(fēng)力場(chǎng)的裝機(jī)容量都已經(jīng)分別超過(guò)5萬(wàn)kW，占全國(guó)50%以上[5]。

2 風(fēng)能的利用

2.1 古代人對(duì)風(fēng)能的利用

我國(guó)古代的勞動(dòng)人民曾經(jīng)利用風(fēng)力輸送機(jī)械水進(jìn)行灌溉,利用風(fēng)力機(jī)械進(jìn)行磨面、舂米；還用風(fēng)帆推動(dòng)船只前進(jìn)。我國(guó)是世界上最早利用風(fēng)能的國(guó)家之一。

在公元前2世紀(jì)，古波斯人就已經(jīng)開(kāi)始利用垂直軸風(fēng)車(chē)進(jìn)行碾米等農(nóng)業(yè)活動(dòng)；公元前10世紀(jì)，伊斯蘭人也開(kāi)始利用風(fēng)車(chē)提水；在公元前13世紀(jì),風(fēng)車(chē)技術(shù)傳入歐洲，14世紀(jì)就已經(jīng)成為了歐洲不可缺少的動(dòng)力機(jī)。最聞名于世的風(fēng)車(chē)國(guó)-荷蘭，最先用于湖邊和濕地的提水，以后又用于榨油和鋸木[6]。

2.2 當(dāng)今對(duì)風(fēng)能的利用

目前人類對(duì)風(fēng)能的利用主要表現(xiàn)在風(fēng)力發(fā)電，這個(gè)技術(shù)已經(jīng)受到了世界各國(guó)的高度重視，而且發(fā)展速度非常快。風(fēng)力發(fā)電比起來(lái)傳統(tǒng)的火力發(fā)電，它最大的優(yōu)勢(shì)就是不存在燃料問(wèn)題，且對(duì)環(huán)境比較友好；再跟核電比較起來(lái)，它不會(huì)產(chǎn)生輻射污染。而且從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，風(fēng)力發(fā)電所使用的儀器設(shè)備比太陽(yáng)能利用的設(shè)備要便宜[7]。風(fēng)力發(fā)電還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是不需要傳統(tǒng)火力發(fā)電所需要的循環(huán)冷卻水系統(tǒng),這也可以節(jié)省大量的成本投入.

3 風(fēng)能利用的設(shè)備-風(fēng)力機(jī)

風(fēng)力機(jī)是一種利用風(fēng)能的裝置。

風(fēng)力機(jī)有水平軸風(fēng)力機(jī)和垂直軸風(fēng)力機(jī)兩類。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)發(fā)展得比較快，應(yīng)用技術(shù)也趨于成熟。但是現(xiàn)有的小型的水平軸風(fēng)力機(jī)有一些缺陷，就是轉(zhuǎn)速高，噪音大，而且在運(yùn)行的過(guò)程中容易發(fā)生故障，對(duì)人產(chǎn)生危險(xiǎn)，所以在有人居住或經(jīng)過(guò)的地方是不適宜安裝的[7]。

和水平軸的風(fēng)力發(fā)電機(jī)比較起來(lái)，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的開(kāi)發(fā)技術(shù)相對(duì)較慢一些。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片和發(fā)電機(jī)對(duì)研發(fā)技術(shù)要求較高，但是現(xiàn)在市場(chǎng)上的小型的垂直軸風(fēng)力機(jī)因?yàn)榻档土宿D(zhuǎn)速，所以有效地提高了風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定性，同時(shí)具有啟動(dòng)風(fēng)速較低，噪音小(基本聽(tīng)不到噪音)這些顯著的優(yōu)點(diǎn)，所以相對(duì)更適合在接近人類活動(dòng)范圍內(nèi)安裝，大大提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的使用范圍[8]。

4 風(fēng)力發(fā)電的未來(lái)前景

風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢(shì)具體體現(xiàn)在以下六個(gè)方面。

最受大家關(guān)注的就是風(fēng)力發(fā)電的電價(jià)，在近些年一直處于下降的趨勢(shì)。截至目前獲得的數(shù)據(jù)顯示,中國(guó)風(fēng)電成本約在0.5元以上，隨著我國(guó)風(fēng)力發(fā)電的逐步實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化和規(guī)模化，風(fēng)力發(fā)電的成本還有望一降再降[9]。

其二,風(fēng)能資源的豐富性也是風(fēng)力發(fā)電的一大優(yōu)勢(shì)。

其三，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)電技術(shù)已經(jīng)日臻成熟。

其四，風(fēng)力發(fā)電工程的建設(shè)工期短，見(jiàn)效快[10]。

其五，風(fēng)力發(fā)電可以減緩火力發(fā)電的壓力，而且產(chǎn)生過(guò)程對(duì)環(huán)境友好，可以有效的遏制溫室效應(yīng)。據(jù)數(shù)據(jù)顯示,風(fēng)力發(fā)電每生產(chǎn)100萬(wàn)千瓦時(shí)的電量，可以減少600噸二氧化碳的排放[11]。

其六,風(fēng)電的應(yīng)用范圍更加廣泛，可以實(shí)現(xiàn)邊遠(yuǎn)農(nóng)村的獨(dú)立供電[12]。

5 風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用中存在的主要問(wèn)題

中國(guó)的風(fēng)力資源豐富，應(yīng)當(dāng)被合理地利用起來(lái)。盡管風(fēng)能在我國(guó)的發(fā)展前景良好，但以目前利用的情形來(lái)看，風(fēng)能在中國(guó)的開(kāi)發(fā)利用率低,并不是十分理想[13]。其實(shí)我國(guó)對(duì)風(fēng)能利用的起步并不比其他國(guó)家晚太多，但卻沒(méi)能很好地發(fā)展.據(jù)有關(guān)專家指出，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展緩慢的主要原因是:首先是因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電在我國(guó)沒(méi)有得到足夠的重視，而且缺乏長(zhǎng)期的發(fā)展計(jì)劃,導(dǎo)致了產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，成本高。還有一個(gè)原因就是大多風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)用進(jìn)口風(fēng)機(jī)，風(fēng)電設(shè)備昂貴，直接導(dǎo)致發(fā)電成本高，嚴(yán)重地制約了風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。

6 展望

隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈，而隨之帶來(lái)的能源問(wèn)題也日漸突出，風(fēng)能資源作為新能源的典型代表，因?yàn)槠溟_(kāi)發(fā)利用比起太陽(yáng)能而言，投入成本就少，比起核能來(lái)講，又不存在泄露的風(fēng)險(xiǎn)，而且可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的供電系統(tǒng)。因此就目前發(fā)展的形式而言，風(fēng)力資源的利用是新能源中技術(shù)最成熟的開(kāi)發(fā)技術(shù)，風(fēng)力發(fā)電是最具規(guī)模開(kāi)發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式。