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哥哥姐姐弟弟妹妹们,大家好,我是王同学。
接上篇。
当太阳照射到地球表面,由于地球表面各处受热不均,产生温差,从而引起大气的对流运动,我们把这种对流运动叫做风。从根本上讲,风能是太阳能转化来的,到达地球的太阳能当中只有2%可以转化为风能,但是它的总量却十分可观,大约是地球上可以开发利用水能总量的十倍以上。
风能的大小取决于风速和空气的密度。风速越大,能量越大,空气密度越大,能量越大。
风能最常见的利用方式是风力发电,风力发电机可以做的到体积非常小,所以对于沿海的岛屿,边远的山区,地广人稀的大草原和高原,都是灵活解决生产生活能源的途径.
风力发电机可以大体分为四类,微型风机(1kw以下),小型风机(150kw),中型风机(50300kw)和大型风力发电机组(300千瓦以上)。
另一种更重要的分类方式是按照运行方式,具体可以分为离网型风力发电机和并网型风力发电机。
离网型风力机不向电网输电,应用在无电网地区,主要就是老少边穷地区,功率较小,服务一个家庭,一个村庄,最多就是一个海岛。需要把发的电存进蓄电池里边,通过离网逆变器[1]向使用单位供电。或者也可以是小型风力发电机组和柴油发电机,太阳能电池板结合起来向比较大一点的单位供电。
并网型风力发电机是风力发电的主要方向,通常是一处风电厂安装几十台甚至上百台大型的风力发电机,发出来的交流电经过变压器向电网输送,比如说,河西走廊的风电场——中国甘肃酒泉千万千瓦级风电基地(完全建成之后规模达到2000万千瓦,基本上相当于陆地上的三峡)。
上面我们提到了一个词——风电场,它指的是一批风电机组或风电机组群,汇集线路,主升压变压器和其他设备组成的发电站。主流的风力发电机组高度在100m左右,叶片长度有六七十米,同时还有尾流效应(这个是流体力学的名词,具体原理王同学也搞不懂),风机和风机之间不能摆放太过密集。所以,风电厂一般占地巨大,总面积几十平方公里的风电厂是很常见的,而一般的火电厂占地就几平方公里而已。海上风能平稳充足,是未来风电开发的重点地区之一,未来大规模风电厂将向深海发展。
中国的风电主要在风力较大且地广人稀的三北地区(东北,华北,西北)和东南沿海和岛屿地区。河西走廊是两山当中形成的一道细长的峡谷,会形成大陆上的穿堂风,所以,河西走廊被称为“世界风口”。
风电有几个趋势。比如,在未来风电单机容量会越来越大,大型化是一个趋势。还有,一般风机的启动速度是3m/秒[2],城市周边有很多低风速区,想要开发这些风力资源的话,需要研发低风速风机,目前造价较高,需要进一步降低成本。还有一个趋势是,极端寒冷条件下,风机叶片容易结冰,严重影响效率,比如说,零下30度可能会自动停机自我保护,为了适应北极地区气候,有必要研发极端低温情况下的风机。[3]
目前中国风电已经超过核电,成为仅次火电和水电的第三大发电能源。
未完。
自知,重基础,专心致志
王同学
2023.3.25
[1] 蓄电池组输出的是低压直流电,经过逆变器变成交流220V民用电。
[2] 工作分数一般在3~25m每秒之间。
[3] 为什么要研发北极地区的分级?这和有效分数有关系,中国的分资源一般为每年22002300小时,北极地区可以达到48005000小时。
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