新能源与分布式发电技术03风能与风力发电

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1、新能源与分布式发电技术第3讲风能与风力发电第3讲风力发电关注的问题风是最常见的自然现象之一。风是怎样形成的？人类何时开始懂得对风能的利用？又是如何利用的？风力发电的原理是怎样的？风力发电的设备什么样？风力发电能达到什么样的规模？发展状况如何？教学目标了解风资源情况和风能利用的发展历史，掌握风力发电的基本原理和主要设备，理解风力发电的重要意义和发展前景。§3.1风能利用的历史人类利用风能的历史，至少可以追溯到5000多年以前。埃及可能是最先利用风能的国家。趣闻：风能与金字塔（见教材）2000多年以前，人类开始利用风的

2、力量进行生产，例如靠风力带动简易装置来碾米磨面、引水灌溉。公元前几百年，亚洲的巴比伦人、波斯人也开始利用风能。公元10世纪，伊斯兰人开始用风车提水。到11世纪，风车在中东地区已经获得广泛的应用。§3.1风能利用的历史12世纪，风车的概念和设计从中东传入欧洲。荷兰人发明了水平转轴的塔形风车，并且很快风靡北欧。唐吉诃德大战风车的故事听说过吧？（教材引例故事）除了磨面、榨油、造纸、锯木等生产作业之外，在比利时等地势较低国家还用风车来排水。§3.1风能利用的历史至少在3000年以前，我国就出现了帆船。中国最辉煌的风帆时代

3、是明代，郑和下西洋，庞大的风帆船（见教材）在那几次举世闻名的航行中功不可没。郑和的“准环球”旅行，比西方的哥伦布和麦哲伦早了好几百年。§3.1风能利用的历史公元前数世纪我国人民就开始利用风力提水、灌溉、磨面、舂米等。1300多年前宋代的一种垂直轴“走马灯式”，一直沿用到新中国成立（见教材）。中国沿海沿江地区的风力提水灌溉或制盐的做法，曾经非常盛行，仅在江苏沿海利用风力的设备就曾多达……。我国使用最广泛的是“斜杆式”风车，直到今天，沿海地区农田和盐场中仍有上千台之多。§3.2风和风资源§3.2.1风的形成地球转动，地

4、表的地形差异，以及云层遮挡和太阳辐射角度的差别，使地面受热不均。不同地区的温差和空气中水蒸汽含量不同，形成不同的气压区。空气从高气压区域向低气压区域的自然流动，称为大气运动。在气象学上，一般把垂直方向的大气运动称为气流，水平方向的大气运动就是风。§3.2.1风的形成按照形成原因，风有信风、海陆风和山谷风等。（1）信风赤道附近气温高，热气上升；两极气温低，冷气下降，相互填补空缺，冷空气在地面附近从两极流向赤道(高空反之)。地球自西向东转，北半球东北风，南半球东南风。（2）海陆风海洋热容量大。白天日照下陆地温度比海面高

5、，热空气上升，海面冷空气在地表附近流向陆地，这就是海风。夜间，陆地比海洋冷却得快，形成流向海洋的陆风。（3）山谷风白天山坡朝阳面受热较多，空气上升；低凹处受热少，冷空气从山谷流向山坡，形成谷风。夜间，山坡降温幅度大，冷空气则沿山坡向下流动，形成山风。§3.2.1风的形成一般，在晴朗而且昼夜温差较大的沿海地区，白天吹来海风，夜晚则有陆风吹向海上。在山区，白天谷风从谷底向山上吹，晚上山风从山上向山下吹。大陆与海洋的热容量差别，还会形成季节性的气压变化。以中国的华北地区为例，冬季内陆气温低，多形成高气压区，空气流向东南方

6、向的海洋低气压区，所以在冬季多刮西北风。而夏季正好相反，我国大部分地区常刮东南风。。§3.2.2风的描述（1）风向就是风吹来的方向。例如，南风。早在商代，就有对风向的定义和观测，见教材（2）风速就是单位时间内空气在水平方向上移动的距离。通常指一段时间内的风速的算术平均值。（3）风能和风能密度风中流动的空气所具有的能量，称为风能。风能密度，就是单位面积上流过的风能。§3.2.3世界风资源有专家估计，地球上的风能，大约是目前全世界能源总消耗量的100倍，相当于……万亿吨煤蕴藏的能量。据世界气象组织估计，全球大气中蕴

7、藏的总的风能功率约为1014MW，其中可被开发利用的风能约有……MW。全球的风能折算为电能，相当于2.74万亿度，其中可利用的相当于……亿度电。地球1.07亿平方公里的陆地表面，平均风速高于5m/s（距地面10m高处）的面积约占27%。据分析，其中只有4％左右的面积有可能安装风力发电机。以目前的技术水平，每平方公里的风能发电量为330千瓦左右，平均每年发电量的合理估计为……万度左右。§3.2.4我国风资源研究表明，全国平均风能密度约为100W/m2，全国风能总储量约48亿兆瓦，陆上和近海区域10米高度可开发风能资源

8、储量约为10亿千瓦，其中有很好开发利用价值的陆上风资源大约有……千瓦。§3.2.4我国风资源中国气象局风能太阳能资源评估中心，公布了全国平均风速分布和有效风功率密度分布情况，参见教材图3.4和图3.5。§3.3风力机的种类各种类型的风力机，都至少包括叶片（有些称为桨叶）、轮毂、转轴、支架（有些称为塔架）等部分。其中由叶片和轮毂等构成的旋转部分又称为风轮。按