风能调研报告

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风能的特点
缺点： 3）能量密度低
这是风能的一个重要缺陷。由于风能来源于空气 的流动，而空气的密度是很小的，因此风力的能量密 度也很小，只有水力的1／816。从下表可以看出，在 各种能源中，风能的含能量是极低的，给其利用带来 一定的困难。
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风能分布
风能资源受地形的影响较大，世界风能资源多集 中在沿海和开阔大陆的收缩地带，如美国的加利福尼 亚州沿岸和北欧一些国家，中国的东南沿海、内蒙古、 新疆和甘肃一带风能资源也很丰富。 中国东南沿海及附近岛屿的风能密度可达300W／ m2以上，3~20m／s风速年累计超过6000小时 。内陆 风能资源最好的区域 ，沿内蒙古至 新疆一带，风能密 度也在200~300W／m2，3 ~20米／秒风速年累计 5000~6000小时。这些地区适于发展风力发电和风力 提水。
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风帆助航
2007 年德国制造了一艘风筝助航船“白鲸天帆号” 并投入航行。这艘船除装备常规动力系统外, 还安装 了一个面积达160 m2 的巨型风筝。一根固定在船头, 可自动伸缩的桅杆将风筝送到高空300 m 处以利用海 面上空稳定而强劲的风力拉动船只航行。在风速达到 13 km/ h 时, 风筝为船提供的动力可以使得船上的 发动机全关。正常航行时, 计算机根据风力、风向指 挥风筝在不同方向拉动船只,减轻船引擎负荷。该船的 风筝助航系统造价为72万美元,三年即可因燃料节省 费用而回收。
风力致热在技术上较为成熟，设备结构简单，维 护方便，风能—热能转换效率高，经济性好，特 别适用于风力资源丰富的农、牧、渔业广大区域， 是农村致富的一种新方法、新途径，具有应用推 广价值。
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风力提水机
风力提水可用于农田灌溉、人畜饮水、海水制盐、 水产养殖、草场改良或滩涂改造等工程的提水作业, 经济 效益和社会效益显著。我国早在1700 多年前就已应用风 帆式风车提水。古代科学著作《物理小识》中就有“用 风帆六幅车水灌田”的记载。
海陆风的形成示意图
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风能的储量
据估算，照射到地球的太阳能中虽然只有大约2％ 转化为风能，但其总量仍是十分可观的。全世界的风 能总量约1300亿kW。其中可开发利用的风能储量达 200亿kW,比全球可开发利用的水能总量大10倍。 根据国家气象局的数据，我国陆上理论风能储量 为32.26亿kW。实际陆上可开发利用的风能储量为 2.53亿kW,海上可开发利用的风能储量为7.5亿kW左右, 两者总和超过10亿kW,约为我国水能可开发总量4.02 亿kW的2.5倍。 全国10 m高度可开发和利用的风能储量超过10亿 kW,仅次于美国、俄罗斯居世界第3位。
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风力发电的发展历史
第三个阶段，1997年至今。兆千瓦级的风机成主 要趋势，海上风电逐步推广。随着单机容量提高，为 应对极限载荷和疲劳载荷的挑战，新的直驱变速变浆 和双馈变速变浆逐步成为兆千瓦级风机的主流技术。
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风力发电的发展历史
美国早在1974年就开始实行联邦风能计划。其内 容主要是：评估国家的风能资源；研究风能开发中的 社会和环境问题；改进风力机的性能，降低造价；主 要研究为农业和其他用户用的小于100kw的风力机； 为电力公司及工业用户设计的兆瓦级的风力发电机组。 美国已于上世纪80年代成功地开发了100、200、 2000、2500、6200、7200kw的6种风力机组。目前 美国已成为世界上风力机装机容量最多的国家，超过 2X104M W ，每年还以10％的速度增长。
沿海及其岛屿地区风能丰富带、 北部地区 风能丰富带、内陆风能丰富区、 近海风能丰富区。
3）特点 风能资源季节分布与水能资源互补，风能 资源地理分布与电力负荷不匹配。
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我国风能资源分析
4）局部地区
资源分布不均。河北宣布要将张家口打造成 全国最大的风能基地，而甘肃省则宣布打造“河 西走廊风能产业带” 。 5）开发空间 陆地上比较好的风能场已经被“圈占”， 下一步的重点是海上风能。
风筝助航船
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风帆助航
全球船运业每年排放的CO2 约8 亿吨, 5 年内将增 加到每年10 亿吨,据估计全球有一半轮船可加装风筝助 航系统,全部加装后,根据风力状况的不同, 平均可节省 燃料18 % ,每年可减少CO2 排放量近1 . 5 亿吨。
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风力致热
风力致热的作用原理为将风能转换成热能以供家 用或工农业供热需求。 通常有三种转换方法： 1) 用风力机发电,再将电通入电阻丝发热。这是一 种间接发热方法,转换效率不高。 2) 用风力机带动一台空气压缩机对空气压缩后放 出热量。此法转换效率也不高。 3) 将风力机直接通过传动器带动搅拌器高速转动 并搅拌液体致热。此法转换效率最高。 此外, 通过利用风力使固体材料摩擦产生热量也是 一种有效的方法。
<3> 发展趋势 今后我国对风力提水机的需求数量仍将逐步增加。 从风力提水机组分类上讲，主要产品和技术的发展趋 势： ①低扬程大流量风力提水机多采用旋转式水泵， 用于提取地表水和浅层地下水。 ②高扬程小流量风力提水机多采用往复式水泵， 用于提取深层地下水。 ③风力提水机—微滴灌系统。 ④风力机—空气泵提水机组。 ⑤风力发展机—电泵提水系统。
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风力提水机
低扬程大流量风力提水机,用于提取地表水,其扬程 一般为0.5～3.0 m,流量为50～100 m3/h,主要在南方各 省及东南沿海地区使用。 高扬程小流量风力提水机,用于提取深井地下水。 其扬程一般为10～146 m之间,流量为0.5～5 m3/h,主要 用于北方及草原牧区。
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风力提水机
3）在农副产品加工、温室采暖等方面的应用
谷物、果品、水产品的干燥需要大量的热能，农副产品就 地精加工往往也离不开加热、保温，风力致热在这些领域也有 广泛的用途。另外，冬季房屋取暖、融化庭院积雪、提供家庭 洗浴热水等都是风力致热技术良好的发展空间。
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风力致热
风力致热发展前景：
我国农村经济的迅速发展，必然加大能源的供需 矛盾，在风力资源丰富的地区，大力发展风力致 热技术，对缓解能源紧张、降低投资成本，提高 生产、生活质量具有现实意义。
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风力提水机
<1> 行业现状 一方面，我国东南沿海地区风能资源较丰富，年 平均风速为4m/s。为满足农田灌溉、水产养殖和盐场 制盐等低扬程大流量提水作业的需要，当地用户已在 使用一些低扬程风力提水装置。
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另一方面，我国内陆风能资源较好的区域，如内 蒙古北部、甘肃和青海等地的年平均风速为4-6m/s， 3-20m/s的风速累计4000-5000h/年。这里是广大的草 原特区，人口分散，难通电网。利用深井风力提水机 组为牧民和牲畜提供饮水或进行小面积草场灌溉，对 于改善当地牧民的生活、生产条件具有明显的社会效 益。此外，甘肃、新疆北部及松花江下游也属于风能 丰富区，适合发展风力提水。
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风力致热
பைடு நூலகம்
风力热水装置示意图
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风力致热
风力致热技术在农村生产、生活中的应用：
1) 沼气池的增温加热
通过风力发电机将风能转换成电能，再驱动电动机通过传 动轴带动沼气池加热器的搅拌器转动，均匀加热发酵液，使料 液充分发酵，从而提高产气率。
2）在水产养殖方面的应用
近几年，人工淡水养殖发展很快。要提高产量，最快捷的 办法是提高水温。水温高可使鱼提前繁殖，增加了可生长期， 且不易生病，成长快。目前农村淡水养鱼普遍缺少加热保温设 备，对风力致热的要求非常迫切。
低扬程大流量风力提水机结构示意图
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风力提水机
由上图图可见,其风力机由风轮、机头回转体、传 动系统、尾翼、配重机构和塔架等部件组成。 风轮由十多片叶片构成,以保证在低风速下也能转 动。机头回转体可保证风轮绕回转中心线自由转动以 保持迎风位置。传动系统由上、下两个变速箱和传动 轴组成。上面的变速箱将风轮的水平轴旋转变为垂直 传动轴的旋转运动。下面的变速箱再将垂直传动轴的 旋转运动变为输出的水平轴旋转运动并驱动水泵提水。 与之配套的旋转式提水机有龙骨水车、钢管水车和螺 旋泵、离心泵等。尾翼及调速机构可保证风轮平时保 持迎风位置,在风力过大时使风轮偏离风向某一角度或 在八级大风时使风轮与尾翼并扰,达到停车状态。
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风力发电
<1> 风力发电的发展历史
回顾世界风电发展历史，大致可以分为三个阶
段：
第一阶段，1977-1987年。这个阶段的主要成就 是证明风力是可以用来发电的，风的很多特点是可以 被人们利用和控制的。其中，丹麦和美国的研究成果 最多，风机容量也从几十瓦发展到百千瓦。 第二个阶段，1987-1997年。风电技术逐步成熟， 风电产业成规模发展，并建立了稳定的商业模式。涌 现出了近10家技术较为成熟的优秀制造企业，单机容 量从百千瓦提高到几百千瓦，变浆风机技术成熟并进 入市场，与失速风机在竞争中共同发展。
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2、风能的应用
风能的利用有很多方面，如风帆助航、风力致热、 风力提水机和风力发电等 。其中又以风力发电为主。
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风帆助航
人类最早利用风能的方式为风帆助航, 埃及是最 先利用风能的国家。约在5000 年前,埃及的风帆船已 在尼罗河上航行。我国在3000 年前的商朝出现了风帆 船,到唐朝帆船已广泛航运于江河。15 世纪是人类历 史上的大航海时期,在此期间,我国航海家郑和七下西 洋; 哥伦布乘帆船发现了美洲新大陆。 此后随着蒸汽机和内燃机的发明以及煤、石油等 矿石能源的大规模开采和利用,帆船因动力小和速度慢 而逐渐被淘汰。 1973 年西方发生石油危机后,随着矿石燃料储量 的日益短缺和价格上升,风帆助航又重新受到了船舶设 计制造界的重视。
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风能的特点
优点： 1）清洁性 2）可再生性
3）能量大
4）分布广
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风能的特点
缺点： 1）不稳定性
由于气流瞬息万变，因此风的脉动、日变化、季 变化以至年际的变化都十分明显，波动很大，极不稳 定。
2）受地理限制严重，地区差异大
由于地形的影响，风力的地区差异非常明显。一 个邻近的区域，有利地形下的风力，往往是不利地形 下的几倍甚至几十倍。
立式风车的复原模型图
立式风车动画模拟
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风力提水机
10 世纪伊斯兰人用风车提水并在中东获得广泛应 用。12～14 世纪风车在欧洲推广应用后,荷兰将其用 于莱茵河三角洲湖地及低湿地的提水并用于碾谷和榨 油等作业。
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风力提水机
风力提水机总的工作原理为将风力机因风力而旋 转的转轴运动应用传动机构使之转换成垂直方向的上 下运动或较快转速的旋转运动,以此来传动与之相连的 活塞式水泵或旋转式水泵。
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风力发电的发展历史
现在世界上最大的新型风力发电机组已在美国夏 威夷岛建成运行，其风力机叶片直径为97.5m，重 144t，风轮迎风角的调整和机组的运行都由计算机控 制，年发电量达1000万kw· h。
根据美国能源部的统计至1990年美国风力发电已 占总发 电量的1％。
风能调研报告
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报告大纲：
1 风能简介
2
风能的应用
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风能的发展前景
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1、风能简介
风是由太阳辐射热引起的。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 对流运动形成风。 风能就是空气的动能，风能的大小决定于风速和 空气的密度。风能密度是单位迎风面积可获得的风的 功率，与风速的三次方和空气密度成正比关系。
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风力提水机
<2> 产品类型 在风力提水机组的产品品种上，我国已基本形成 南方型低扬程大流量风力提水机组和北方型高扬程小 流量风力提水机组两大系列，约有十几种产品型号。 经过严格的生产考核运行和多年的实际应用，这些机 组的产品质量基本可靠，有些机组的水平达到或处于 国际领先地位。 近年来，我国低扬程风力提水机组已出口到斯里 兰卡和马来西亚等国家。因此，我国现有的风力提水 机产品可以在国内外逐步推广使用。
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我国的风能分布
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中国全年风速大于3 m/s小时数分布图
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我国的风能分布
从我国风能资源分布图上可以清楚看出，我 国风能资源丰富和较丰富的地区主要分布在：
1．三北（东北、华北、西北）地区丰富带 2．东南沿海丰富带 3．内陆局部风能丰富地区
4. 海上风能丰富区
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我国风能资源分析
1）储量
陆地上离地 10 米（50米）高度风能资源技 术可开发量约2.97亿（8亿）千瓦。离岸20公里 范围内可开发量约1.5亿千瓦。 2）分布