风能利用

风能的利用

摘要：进入21世纪，我国在风能的开发利用上加大了投入力度，使高效清洁的风能利用在我国能源的格局中占有应有的地位。

关键词：风、风能、太阳辐射、能源……

一、概述

风是由太阳辐射引起的。太阳照射到地球表面，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而形成风。我国是世界上最早利用风能的国家之一。公元前数世纪我国人民就利用风力提水、灌溉、磨面、舂米和用风帆推动船舶前进。但自1973年世界石油危机以来，在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，风能作为新能源的一部分才重新有了长足发展。

据估计，到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能，但全球的风能约为2.74×107 MW，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。风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力，特别是对沿海岛屿、交通不便的边远山区、地广人稀的

草原牧场，以及远离电网和近期内还难以到达的农村、边疆，作为解决生产和生活能源也日益受到重视。

我国位于亚洲大陆的东南，濒临太平洋西岸，季风强盛。季风是我国气候的基本特征，如冬季季风在华北长达六个月、在东北长达七个月，东南季风则遍及我国东半部。全国风力资源的总储量为每年的 1.6×106 MW，近期可开发的约为1.6×105 MW，内蒙古、青海、黑龙江、甘肃等省风能储量居我国前列，年平均风速大于3m/s的天数在200天以上。我国风力发电机的发展，在20世纪50年代末是各种木结构的布篷式风车，1959年公江苏省就有木风车20多万台，到60年代中期主要是发展风力提水机。70年代中期以后风能开发利用得到迅速发展。进入21世纪，我国在风能的开发利用上加大了投入力度，使高效清洁的风能利用在我国能源的格局中占有应有的地位。

二、风况

2.1风的起源

大气的流动也像水流一样是从压力高处往压力低处流动，太阳能则是形成太气压差的原因。由于地球表面各处温度和气压的变化，气流就会从压力高处向压力低处运动，把热量从热带向两极输送，因此形成不同方向的风，并伴随不同的气象变化。从全球尺度来看，大气中的气流是巨大的能量传输介质，地球的自转会进一步促进了大气中的半永久性

的行星尺度环流的形成。地球各处的地形地貌也会影响风的形成。

2.2 风的变化

风向和风速是两个描述风的重要参数。风向是指风吹来的方向，如果是从北方吹来的就称为北风。风速是表示风移动的速度，即单位时间内空气流动所经过的距离。风向和风速这两个参数都是在变化的。

风随时间的变化，包括每日的变化和季节变化。通常一天之中，风的强弱在某种程度上可以看作是周期性的。如地面上夜间风弱，白天风强；高空中正相反，是夜里风强，白天风弱。由于季节的变化，太阳与地球的相对位置也发生变化，使地球上存在季节性的温差。因此风向和风的强度也会发生季节性的变化。我国大部分的地区风的季节性变化情况是：春季最强，冬季次之，夏季最弱。当然也有部分地区例外，如有的沿海地区，夏季季风最强，春季季风最弱。风随高度的变化，从空气运动的角度，通常将不同高度的大气层分为三个区域。离地面2m以内的区域称为底层；2～100m的区域称为下部摩擦层，底层与下部摩擦层总称为地面境界层；从100～1000m的区段称为上部摩擦层，上述三区域总称为摩擦层（也称大气境界层）。摩擦层之上是自由大气。地面境界层内空气流动受涡流、粘性、地面植物及建筑物等的影响，风向基本不变，但离地面越高处风速越大。

风的随机性变化，风速是变动部位的平均风速，如果用自动记录仪来记录风速，就会发现是不断变化的。通常自然风是一种平均风速与瞬间变动的紊流相重合的风。紊乱气流所产生的瞬时高峰风速也叫阵风风速。

2.3风力的等级

风力等级，世界气象组织将风力分为13个等级。

风能是空气所产生的动能。风不仅含有的能量很大，而且它在自然界中所起的作用也是很大的。它可使山岩发生侵蚀，造成沙漠，还可在地面输送水分的工作，水汽主要是由强大的空气流输送的，从而影响气候，造成雨季和旱季。，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人类的能量的1%。可见，风能是地球上重要的能源之一。

2.4 风能的特点和风能的密度

风能与其他能源相比，既有其明显的优点，又有其突出的局限性。风能的蕴量巨大、可以再生、分布广泛、没有污染四个优点。风能的三个弱点：一、能量密度低；二、不稳定；三、地区差异大

三、风能资源

3．1 风的全球资源及分布

风的全球资源及分布。风的全球分布，在北纬30度和南纬30度之间，空气在赤道区受热而上升，又不断地被来

自北方和南方的较强冷空气所补充，这就形成了所谓的哈德利环流。在地球表面，这意味着冷风刮向赤道。而来自北纬30度和南纬30度的空气又非常干燥，并且向东运动，这是因为地球自转的速度在这些纬度比赤道低得多。在这些纬度上有许多沙漠区，例如撒哈拉沙漠。北纬30度到70度之间、南纬30度到70度是西风盛行区。这些风形成波形环流，向南(或北)输送冷空气，向北（或南）输送暧空气。这种类型称作罗斯比环流；风的全球资源估评，1981年，世界气象组织主持绘制了一份世界范围的风资源图。该图给出了不同区域的平均风速和平均风能密度。但由于风速会随季节、高度、地形等因素的不同而变化，因些风的资源量只是一个推算估评。根据世界范围的风能资源图估计，地球陆地表面 1.07×108km2中27%的面积年平均风速高于5m/s（距地面10m处）。

3.2 中国的风能资源

中国的风能资源，我国幅员辽阔，海岸线长，风能资源比较丰富。据国家气象局估算，全国风能的密度平均为100W/m2，风能资源总储量约为1.6×105MW。特别是东南沿海及附近岛屿、内蒙古和甘肃走廊、东北、西北、华北和青藏高原等部分地区，每年风速在3m/s以上的时间近4000h，一些地区年平均风速达6～7m/s以上，具有很大的开发利用价值。我国国家气象局对我国风能采用三级指标体系。第一级区划指标：主要考虑有效风能密度的大小和全年有效累积小