风能及其利用
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机容量为607万KW，2007年为9385万千瓦，2008年达到 1.2亿千瓦。08年世界当年风电装机为2705万千瓦，增 速达到28.8％。
2、风的特性
(1) 风随时间的变化
季节性变化
• 风的日变化
地面上是夜间风弱，白天风强；高空中却是夜里风强，白 天风弱。在沿海地区，白天产生海风，夜晚产生陆风。
• 风的季节变化
由于在不同的季节，太阳和地球的相对位置不同，使地 球上存在季节性温度变化，因此，风也会产生季节性变化规 律。
(2) 风的随机性变化 • 日变化
中国有效风能密度分布
• 我国风能资源区划
– 风能丰富区
• 东南沿海、山东半岛、辽东半岛 • 三北地区 • 松花江下游区
– 风能较丰富区
• 东南沿海内陆和渤海沿海区 • 三北的南部区 • 青藏高原
– 风能可利用区
• 两广沿海区 • 大小兴安岭地区 • 中部地区
– 风能贫乏区
• 川云贵和南岭山地区 • 雅鲁藏布江和昌都区 • 塔里木盆地西部区
5
清风
有小树摇动，池塘、沼泽水面掀起浪 花
6 强风 大树摇动，电线鸣叫，举伞困难
7 疾风 树身摇动，顶风行走极为困难
相应风速
（km/h） (m/s)
<1
0~0.2
1~5 0.3~1.5
6~11 12~19
1.6~3.3 3.4~5.4
20~28 5.5~7.9
29~38 8.0~10.7
39~49 10.8~13.8 50~61 13.9~17.1
典型的不同地点的 风速日变化曲线
• 紊流 紊流主要是由于气流 与地面的摩擦而产生的。
8min内风速风向随时间的瞬时变化过程
3. 风速的描述
风力 风的 等级 名称
陆地地面物的征象
0 无风 大气稳静，炊烟直上 1 软风 烟随风飘动，风向可辨，但风标不动
2 轻风 脸有风感，树叶动，风标也动 3 微风 树叶和细枝摇动，小旗展开 4 和风 尘沙刮起，纸片飞舞，小树枝摇动
2. 我国利用风能的历史
– 3000年前的商代：开始出现帆船 – 唐代：“乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海” – 明代：郑和下西洋 – 明代后：宋应星《天工开物》有：“扬郡以风
帆数扇，俟风转车，风息则止”
– 方以智著的《物理小识》有：“用风帆六幅， 车水灌田，淮阳海皆为之”
– 中国沿海沿江地区的风帆船和用风力提水灌溉 或制盐的做法，一直延续到20世纪50年代
12
飓 风
陆地绝不，其摧毁力极大
>117
>32.6
4. 风能资源
• 地球风能约为2.74×109MW • 可利用风能为2×107MW，是地球水能的十
倍 • 只要利用上地球1%的风能就能满足全球能
源的需要
• 降低成本，提高产出，是普及风能发电必 须克服的障碍
风能密度
通过截面积的风所含的能量，常以W/m2表 示。
8
大 小树枝折断，顶风行走极 风 为困难
62~74 17.2~20.7
9
烈 房屋发生轻微损毁（烟囱 风 倒塌，房屋瓦片揭掉）
75~88 20.8~24.4
狂 陆地少见，树木连根拔起，
10 风 建筑物严重破坏
89~102 24.5~28.4
11
暴 风
陆地极少，一旦发生必有 重大损毁
103~117 28.5~32.6
• 风是一个矢量，既有大小又有 方向。
• 描述风况的两个参数：风向、 风速
地球表面风的形成和风向
• 山谷风 谷风：由于热力原因引起的白天由谷地吹向平原或山坡 山风：夜间由平原或山坡吹向谷地
• 海陆风 海风：在沿海地区，白天由于陆地与海洋的温度差而 形成海风吹向陆地 陆风：晚上陆风吹向海上
• 季 风: 随季节转换的风
3. 积极开发风能的国家
• 风能开发积极的国家主要有两类 • 第一类是德、美等欧美国家，为保护环境
降低二氧化碳排放量，在考虑环境成本的 基础上，愿意花钱利用风能
• 第二类是发展中国家，如印度、中国等， 主要是因为缺电，愿意利用风能。但这类 市场有赖于政府支持
中国风能发展需要制度创新
• 中国风力资源丰富，但风电发展落后
第十一讲 风能及其利用
内容
• 一、风能的概念 • 二、世界风能的发展历史 • 三、世界风力发电现状 • 四、我国风力发电现状 • 五、风力发电设备 • 六、风力发电产业介绍
一、风能的概念
1、风的形成
太阳辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分布 不均，在不均压力作用下，空气沿水平方向运动就形成风。
• 原因：缺乏透明、完整、可持续、有效力 的风能政策和法律制度
• 国家发改委制定的《可再生能源中长期发 展规划》指出：到2020年中国风电装机容 量将达到2000万瓦，要实现这一目标需要 制度创新
三、世界风电发展状况
• 世界风力发电持续快速发展 • 根据世界风能协会（WWEA）统计，1996年世界风电总装
• 大于6m/s的风速时间，全年3000h以上就可 取得较大经济利润效益
• 风能资源丰富的地区主要分布在西北、华北和东 北的草原和戈壁，以及东部和东南沿海及岛屿
• 西部地区的风能资源占全国风能资源的50%以上
➢ 甘肃省实际可开发的风能储量为1143万kW ➢ 青海省为2421万kW ➢ 新疆维吾尔自治区为3433万kW ➢ 内蒙古自治区为6178万kW。 ➢ 云南省和西藏自治区也有很多地区可以利用风能。
二、世界风能的发展历史
人类开发利用风能的历史 风帆助航、风力发电、风车提水
微型风力发电机
风电路灯
风车
1. 欧洲利用风能的历史
– 12世纪风车从中东传入欧洲。 – 16世纪，荷兰人利用风车排
水、与海争地，在低洼的海 滩上建国立业。 – 在蒸汽机出现之前，风力机 械是动力机械的一大支柱， 但因竞争不过蒸汽机、内燃 机等而被淘汰。 – 19 世纪丹麦人首先研制了风 力发电机。 – 1891年，丹麦建成世界第一 座风力发电站。 – 20世纪70年代后，风力发电 蓬勃发展。 – 21世纪中叶，风能成为世界 能源供应的支柱之一。
• 风能密度பைடு நூலகம்空气密度有直接关系
• 一般，海边地势地，气压高，空气密度大， 风能密度就高。高山气压低，空气稀薄， 风能密度就小些。
• 如果高山风速大、气温低仍有相当大的风 能潜力。
• 我国探明风能理论储量为32.26亿KW
• 可发利用为2.53亿KW，近海可利用风能7.5 亿KW
• 东南沿海是最大风能资源区，风能密度为 200W/M2～300W/M2
2、风的特性
(1) 风随时间的变化
季节性变化
• 风的日变化
地面上是夜间风弱，白天风强；高空中却是夜里风强，白 天风弱。在沿海地区，白天产生海风，夜晚产生陆风。
• 风的季节变化
由于在不同的季节，太阳和地球的相对位置不同，使地 球上存在季节性温度变化，因此，风也会产生季节性变化规 律。
(2) 风的随机性变化 • 日变化
中国有效风能密度分布
• 我国风能资源区划
– 风能丰富区
• 东南沿海、山东半岛、辽东半岛 • 三北地区 • 松花江下游区
– 风能较丰富区
• 东南沿海内陆和渤海沿海区 • 三北的南部区 • 青藏高原
– 风能可利用区
• 两广沿海区 • 大小兴安岭地区 • 中部地区
– 风能贫乏区
• 川云贵和南岭山地区 • 雅鲁藏布江和昌都区 • 塔里木盆地西部区
5
清风
有小树摇动，池塘、沼泽水面掀起浪 花
6 强风 大树摇动，电线鸣叫，举伞困难
7 疾风 树身摇动，顶风行走极为困难
相应风速
（km/h） (m/s)
<1
0~0.2
1~5 0.3~1.5
6~11 12~19
1.6~3.3 3.4~5.4
20~28 5.5~7.9
29~38 8.0~10.7
39~49 10.8~13.8 50~61 13.9~17.1
典型的不同地点的 风速日变化曲线
• 紊流 紊流主要是由于气流 与地面的摩擦而产生的。
8min内风速风向随时间的瞬时变化过程
3. 风速的描述
风力 风的 等级 名称
陆地地面物的征象
0 无风 大气稳静，炊烟直上 1 软风 烟随风飘动，风向可辨，但风标不动
2 轻风 脸有风感，树叶动，风标也动 3 微风 树叶和细枝摇动，小旗展开 4 和风 尘沙刮起，纸片飞舞，小树枝摇动
2. 我国利用风能的历史
– 3000年前的商代：开始出现帆船 – 唐代：“乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海” – 明代：郑和下西洋 – 明代后：宋应星《天工开物》有：“扬郡以风
帆数扇，俟风转车，风息则止”
– 方以智著的《物理小识》有：“用风帆六幅， 车水灌田，淮阳海皆为之”
– 中国沿海沿江地区的风帆船和用风力提水灌溉 或制盐的做法，一直延续到20世纪50年代
12
飓 风
陆地绝不，其摧毁力极大
>117
>32.6
4. 风能资源
• 地球风能约为2.74×109MW • 可利用风能为2×107MW，是地球水能的十
倍 • 只要利用上地球1%的风能就能满足全球能
源的需要
• 降低成本，提高产出，是普及风能发电必 须克服的障碍
风能密度
通过截面积的风所含的能量，常以W/m2表 示。
8
大 小树枝折断，顶风行走极 风 为困难
62~74 17.2~20.7
9
烈 房屋发生轻微损毁（烟囱 风 倒塌，房屋瓦片揭掉）
75~88 20.8~24.4
狂 陆地少见，树木连根拔起，
10 风 建筑物严重破坏
89~102 24.5~28.4
11
暴 风
陆地极少，一旦发生必有 重大损毁
103~117 28.5~32.6
• 风是一个矢量，既有大小又有 方向。
• 描述风况的两个参数：风向、 风速
地球表面风的形成和风向
• 山谷风 谷风：由于热力原因引起的白天由谷地吹向平原或山坡 山风：夜间由平原或山坡吹向谷地
• 海陆风 海风：在沿海地区，白天由于陆地与海洋的温度差而 形成海风吹向陆地 陆风：晚上陆风吹向海上
• 季 风: 随季节转换的风
3. 积极开发风能的国家
• 风能开发积极的国家主要有两类 • 第一类是德、美等欧美国家，为保护环境
降低二氧化碳排放量，在考虑环境成本的 基础上，愿意花钱利用风能
• 第二类是发展中国家，如印度、中国等， 主要是因为缺电，愿意利用风能。但这类 市场有赖于政府支持
中国风能发展需要制度创新
• 中国风力资源丰富，但风电发展落后
第十一讲 风能及其利用
内容
• 一、风能的概念 • 二、世界风能的发展历史 • 三、世界风力发电现状 • 四、我国风力发电现状 • 五、风力发电设备 • 六、风力发电产业介绍
一、风能的概念
1、风的形成
太阳辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分布 不均，在不均压力作用下，空气沿水平方向运动就形成风。
• 原因：缺乏透明、完整、可持续、有效力 的风能政策和法律制度
• 国家发改委制定的《可再生能源中长期发 展规划》指出：到2020年中国风电装机容 量将达到2000万瓦，要实现这一目标需要 制度创新
三、世界风电发展状况
• 世界风力发电持续快速发展 • 根据世界风能协会（WWEA）统计，1996年世界风电总装
• 大于6m/s的风速时间，全年3000h以上就可 取得较大经济利润效益
• 风能资源丰富的地区主要分布在西北、华北和东 北的草原和戈壁，以及东部和东南沿海及岛屿
• 西部地区的风能资源占全国风能资源的50%以上
➢ 甘肃省实际可开发的风能储量为1143万kW ➢ 青海省为2421万kW ➢ 新疆维吾尔自治区为3433万kW ➢ 内蒙古自治区为6178万kW。 ➢ 云南省和西藏自治区也有很多地区可以利用风能。
二、世界风能的发展历史
人类开发利用风能的历史 风帆助航、风力发电、风车提水
微型风力发电机
风电路灯
风车
1. 欧洲利用风能的历史
– 12世纪风车从中东传入欧洲。 – 16世纪，荷兰人利用风车排
水、与海争地，在低洼的海 滩上建国立业。 – 在蒸汽机出现之前，风力机 械是动力机械的一大支柱， 但因竞争不过蒸汽机、内燃 机等而被淘汰。 – 19 世纪丹麦人首先研制了风 力发电机。 – 1891年，丹麦建成世界第一 座风力发电站。 – 20世纪70年代后，风力发电 蓬勃发展。 – 21世纪中叶，风能成为世界 能源供应的支柱之一。
• 风能密度பைடு நூலகம்空气密度有直接关系
• 一般，海边地势地，气压高，空气密度大， 风能密度就高。高山气压低，空气稀薄， 风能密度就小些。
• 如果高山风速大、气温低仍有相当大的风 能潜力。
• 我国探明风能理论储量为32.26亿KW
• 可发利用为2.53亿KW，近海可利用风能7.5 亿KW
• 东南沿海是最大风能资源区，风能密度为 200W/M2～300W/M2