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風(fēng)能是21世紀(jì)人類理想的能源資源

文章來自3edu教育網(wǎng)    風(fēng)能是21世紀(jì)人類理想的能源資源 
    風(fēng)就存在于我們的身邊,我們?nèi)祟愐捕剂?xí)慣了風(fēng)的存在?墒鞘裁词秋L(fēng)能,風(fēng)能又有哪些特點(diǎn),人類是怎樣一步一步地開發(fā)利用風(fēng)能,以及為什么風(fēng)能又會(huì)成為21世紀(jì)人類理想的能源資源呢?這些問題,我們也許還沒有認(rèn)真地思考過,下面我就從以上四個(gè)方面討論一下風(fēng)能。 
    1、風(fēng)能的概念與計(jì)算公式 
    風(fēng)是一種自然現(xiàn)象。由于不同地表(如海洋、森林、田野、山岳和沙漠等)在白天受太陽照射以及晚上吸放熱的特性不同,對(duì)空氣加熱(或放熱)的差異,造成了空氣的流動(dòng),通常人們將垂直上下的流動(dòng)稱為“氣流”,將水平流動(dòng)稱為“風(fēng)”。由于空氣是有一定質(zhì)量的,因而其流動(dòng)時(shí)必然具有一定能量,這就是風(fēng)能。 
    其計(jì)算公式為:E=551ρgAv(kw)。ρ代表空氣密度,單位是kg/m3;A代表空氣流動(dòng)面積,單位是m2;g=9.8m/s2;v代表空氣流動(dòng)速度,單位是m/s. 
    2、風(fēng)能的特點(diǎn) 
    (1)蘊(yùn)藏量豐富。風(fēng)能是全球水能的10倍多,我國僅陸地上就有風(fēng)能資源大約1.6×109kW。 
    (2)可以再生,永不枯竭。風(fēng)能是太陽能的變異,只要太陽和地球存在,就有風(fēng)能,它取之不盡,用之不竭,是可再生的。 
    (3)清潔無污染,隨處都可開發(fā)利用。 
    3、人類風(fēng)能開發(fā)史回顧 
    風(fēng)能作為一種清潔、安全的可再生能源,千百年來一直受到人類的重視。有資 
    料表明,人類利用風(fēng)能的歷史源于亞洲。早在公元前2000多年,中國和波斯國(現(xiàn)伊朗) 
    就開始利用風(fēng)車提水,灌溉農(nóng)田;公元前1700多年,亞洲的巴比倫王國也開始利用風(fēng)車灌溉 
    農(nóng)田。此后又過了大約3000年左右,到公元1100年,風(fēng)車技術(shù)從亞洲傳到歐洲。到13世紀(jì),風(fēng)車已在全歐洲得到廣泛應(yīng)用。 
    隨著歐洲人對(duì)美洲大陸的殖民統(tǒng)治,也將風(fēng)車帶到了南美和北美。18世紀(jì)風(fēng)車在全世界 
    范圍得到普遍應(yīng)用,成為人類社會(huì)的重要?jiǎng)恿ぞ咧?因而歷史學(xué)家把18世紀(jì)稱為風(fēng)車應(yīng) 
    用的“黃金時(shí)代”。由于蒸汽機(jī)的發(fā)明和廣泛應(yīng)用,人們對(duì)風(fēng)能應(yīng)用似乎興趣大減。但在19 
    世紀(jì)后期,由于物理學(xué)的發(fā)展,人們發(fā)明了發(fā)電機(jī),一些科學(xué)家產(chǎn)生了用風(fēng)車帶動(dòng)發(fā)電 
    機(jī)發(fā)電的設(shè)想,從此揭開了人類利用風(fēng)能的新篇章。 
    1890年,丹麥制造了人類社會(huì)第一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī);由于風(fēng)力機(jī)機(jī)械故障頻發(fā)和發(fā)電成本較高,因而風(fēng)力發(fā)電并沒有得到足夠的重視。風(fēng)力發(fā)電真正得以大發(fā)展是在本世紀(jì)50年代中期到80年代中期的30年中。在這段時(shí)間里,也由于火電造成的環(huán)境污染日益嚴(yán)重,而且正逐步耗盡人類有限的礦物資源,人們對(duì)可再生能源的風(fēng)能越來越重視。經(jīng)過30年的努力,風(fēng)力發(fā)電逐步從科研走向產(chǎn)品,從實(shí)驗(yàn)走向?qū)嵱。在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域貢獻(xiàn)突出的國家中,首推美國和丹麥。 
    二戰(zhàn)后,美國越來越認(rèn)識(shí)到能源問題的重要性和嚴(yán)重性,因而投入大量資金 
    開展風(fēng)電的研究開發(fā),并取得了豐碩的成果。50年代末研制成功50kW風(fēng)力發(fā)電機(jī),60年代 
    研制成功300kW風(fēng)力機(jī);從70年代開始到80年代末期,以Mod-0,Mod-1和Mod-2等機(jī)型為代表,風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率從500kW逐步上升到了2000kW。在增加風(fēng)力機(jī)輸出功率的同時(shí), 
    還十分重視提高運(yùn)行可靠性。尤其是Mod-1和Mod-2,前者采用了微機(jī)控制,后者采用了發(fā)電機(jī) 
    內(nèi)部微處理器的技術(shù),使風(fēng)力發(fā)電機(jī)能根據(jù)外界風(fēng)力的大小、強(qiáng)弱和方向變化而改變轉(zhuǎn)速、風(fēng) 
    向和葉片的角度,從而大大提高了運(yùn)行可靠性,滿足了并網(wǎng)發(fā)電的要求。 
    丹麥則因是一個(gè)風(fēng)力資源豐富的國家,風(fēng)力發(fā)電被視為主要的替代能源。從50年代開始,它的兩家公司先后研制成功100kW、300kW、500kW和750kW風(fēng)力機(jī)。在研制大功率風(fēng)力 
    發(fā)電機(jī)的同時(shí),還注重進(jìn)行可靠性研究和降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)價(jià)格。目前,丹麥的中型風(fēng)力發(fā)電 
    機(jī)以可靠性高、性能價(jià)格比高而著稱于世,它每年大約出口600臺(tái)300kW到500kW的風(fēng)力發(fā) 
    電機(jī)。 
    4、根據(jù)以上風(fēng)能的特點(diǎn)和人類開發(fā)風(fēng)能的歷史,我們不難想象風(fēng)能將是21世紀(jì)人類理想的能源資源。原因概括起來有以下幾點(diǎn): 
    (1)礦物能源的有限性迫使人們?cè)絹碓街匾曪L(fēng)能等可再生能源的開發(fā)與利用。據(jù)1987年 
    第二屆太平洋煤炭會(huì)議資料介紹,按當(dāng)時(shí)的開采速度,石油只能開采34年,天然氣為60年,煤 
    炭只能維持約200年。而風(fēng)能資源量大且可再生。 
    (2)化石燃料利用中不可避免的環(huán)境污染問題也使人們?cè)絹碓絻A向于風(fēng)能等“綠色能源”的開發(fā)與利用。如據(jù)聯(lián)合國環(huán)境署1997年報(bào)告:在過去20年,全世界能源消耗增長了50%,從 
    現(xiàn)在到2020年,全球能源消耗還將比現(xiàn)在增長50%~100%,由此造成溫室氣體排放將會(huì)增加 
    45%~90%,從而帶來災(zāi)難性后果再如按照我國電力部規(guī)劃,2000年全國風(fēng)電場裝機(jī)容量將超過100萬kW,年發(fā)電量預(yù)計(jì)達(dá)到30億kWh。若以相應(yīng)的風(fēng)電代替煤電,可減少污染物排放量約為:CO2--2250000t、SO2--18300t、NO2--13500t、粉塵--15600t。 
    同時(shí),在經(jīng)濟(jì)上每年還可減少燃煤消耗數(shù)百萬噸,并相應(yīng)節(jié)約大量運(yùn)力、發(fā)電用水和灰場 
    占地?梢姲l(fā)展風(fēng)電不但具有可觀的環(huán)境效益,而且具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。此外有充分的事實(shí) 
    證明,風(fēng)能開發(fā)越充分,越有利于環(huán)境的保護(hù)與優(yōu)化。 
    (3)風(fēng)電技術(shù)的逐步成熟和風(fēng)電機(jī)性能價(jià)格比的提高,使風(fēng)電成本降低,逐步具備了與 
    其他能源競爭的實(shí)力。風(fēng)電在某些國家能源構(gòu)成及消費(fèi)中的比例越來越高,而且隨著技術(shù)的進(jìn) 
    步,社會(huì)的發(fā)展,這一比例還會(huì)更高。風(fēng)能等潔凈、可再生能源的開發(fā)與利用將成為人類實(shí)施 
    能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要舉措與途徑。 
    (4)與其他可再生能源相比,風(fēng)能具有一次投入少,建設(shè)周期短,見效快,投入/產(chǎn)出比 
    好等優(yōu)點(diǎn),是人類近期最有可能大規(guī)模開發(fā)的新能源。據(jù)國內(nèi)有關(guān)資料顯示:目前我國核電動(dòng)態(tài)投資為24000元/kW,容量系數(shù)為0.66;60萬kW機(jī)組火電投資為7000元/kW,容量系數(shù)為0.76;太陽能開發(fā)每kW投資約5萬元;潮汐能開發(fā)每kW投資為1.5~2萬元;而風(fēng)能開發(fā)每kW的投資為1.2萬元左右,容量系數(shù)0.3左右。與水電相比也具優(yōu)勢。大型水電站建設(shè)每kW造價(jià)7000~8000元;中型水電站每kW造價(jià)則在1。2萬元到1。5萬元。另外水電站、火電站的建設(shè)一般都在3年以上,核電站的建設(shè)周期則更長,而且水電站、火電站、核電站建成后的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用也是極高的;而風(fēng)電站建設(shè)只要是列入規(guī)劃的項(xiàng)目,1~2年即可投入運(yùn)行,而且運(yùn)行管護(hù)費(fèi)用相對(duì)也較低。 
    綜上,在充分理解風(fēng)能的概念及其特點(diǎn),回顧人類對(duì)風(fēng)能的開發(fā)史,并將風(fēng)能在各個(gè)方面與其它現(xiàn)有能源資源的比較后,我們不難做出“風(fēng)能是21世紀(jì)人類理想的能源資源”的結(jié)論。 
    今后世界各國的發(fā)展將在更大程度上依賴于風(fēng)能這一取之不盡、用之不竭的清潔安全的資源,將把其作為主要能源來源。風(fēng)能的大開發(fā)和利用,將有效的解決目前人類對(duì)環(huán)境所造成污染與破壞,這對(duì)人類的可持續(xù)發(fā)展有著戰(zhàn)略性的意義。

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