风能PPT

风能的应用与历史
人类使用风能历史：
1888年，美国人查尔斯布鲁斯 (CharlesBrush)在克里夫兰建成 第一座可以发电的风力发电机。 它高17米，使用了144个时片， 发电能力为12千瓦。
风能的应用与历史
人类使用风能历史：
1891年，丹麦物理学家Poul La Cour 发现，叶片较少但旋转较快的风力发 电机效率高于叶片多但转速慢的风力 发电机。应用这一原理，他设计建造 了一座使用4个叶片、发电能力为25千 瓦的风力发电机。这成为现代风力发 电机的模本。
风能资源是指人类可利用的自然界的风能。又因为风能具有“周而复始， 可以再生”的特点，因此，又属于“可再生能源”。 风能资源在地球各地的分布主要取决于该地区的风速大小，其次与该地区 上空空气密度有关。 风能资源受地形的影响较大，因为风的流动性大，风速时空变化复杂，特 别是在地形复杂的地区，可能会出现这样的情况：在风能资源丰富区中，个别地 方风能却很贫乏。
1）经济驱动力 化石能源的枯竭，经济最优化，能源产业 升级。
开发风能的原因
2）环境驱动力 人们环保意识的增强
3）社会驱动力 可创造很多就业机会
4）技术驱动力 空气动力学的不断进步以及高强度、轻质 材料的出现
风能的优缺点
风蕴藏丰富的能量，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，形成风海流。风还在地球表面和 大气层起到输送水分的作用，这种水汽循环主要是由强大的空 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能量的1%。 可见风能是地球上重要的能源之一。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。
新疆
黑龙江
甘肃
1723
1143 638 612 606
江苏
广东 浙江 福建 海南
238
195 164 137 64
内陆
• 湖泊和特殊地形的影响，风能也较丰富 • 如鄱阳湖附近较周围地区风能就大，湖南衡山、安徽的黄山、云 南太华山等也较平地风能为大
吉林 河北 辽宁
风能的优缺点
3
风能的优缺点
风能的优缺点
1.气压高低比较： B>A>A1>B1
低气压
B1
高气压
A1
低气压
C1
高空
2.近地面： 热 低压
冷
高压
3.近地面分布： 近地面是低压时，高空是高压， 近地面是高压时，高空是低压。
高气压
低气压
高气压 近地面
B
冷
A热
C冷
风的形成
1.等压线：气压相等的各点的连线。 2.水平气压梯度： 同一水平面上单位距离间的气压差。 3. 水平气压梯度＝
风能及其分布
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风能及其分布
风能及其分布
风能(Wind Energy)
空气流动所形成的动能称为风能。风能是太阳能的一种转化形式。 由于太阳辐射造成地球表面各部分受热不均匀，引起大气层中压力分布不平衡，在水 平气压梯度的作用下，空气沿水平方向运动形成风。
风能是可再生的清洁能源，储量大、分布广，但它的能量密度低（只有水能的 1/800），并且不稳定。在一定的技术条件下，风能可作为一种重要的能源得到开发 利用。风能利用是综合性的工程技术，通过风力机将风的动能转化成机械能、电能和 热能等。 据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能，但其总量仍是十分可观的。 全球的风能约为1300亿千瓦，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。
风能及其分布
能流密度： 能流密度是在一定空间范围内，单位面积（如平方米）所能取得的或单位重量（如公斤） 能源所能产生的某种能源的能量或功率。是评价能源的主要指标之一。 风速为v的流动空气的动能： 能量密度：
1 E mv 2
2
1 3 P ρ v 2
（风速越大、可获得风能P越大）
风能及其分布
风能资源(Wind Resource)
所谓的海陆风也是白昼时，大陆上的气 流受热膨胀上升至高空流向海洋，到海 洋上空冷却下沉，在近地层海洋上的气 流吹向大陆，补偿大陆的上升气流，低 层风从海洋吹向大陆，称为海风
风的形成
海陆风
夜间时，情况相反，低层风从大 陆吹向海洋，称为陆风。一般海 风比陆风要强。白天海陆温差大， 陆地的气流又很不稳定，有利于 海风的发展。而夜间海陆温差较 小，海上气层相对稳定一些，不 利于陆风的发展。
风能及其分布
• 东北、华北、西北地区丰富带处于中高纬度，风能功率密度在 200～300瓦/m2以上，有的可达500瓦/ m2以上 • 如阿拉山口、达坂城、辉腾锡勒、锡林浩特的灰腾梁等、可利用 的小时数在5000小时以上，有的可达7000小时以上
中国风能资源较丰富省区（10m）
省区
风能资源
三北地区
（10,000kW）
全球陆上风速分布呈如下 普遍规律： 赤道地区风速普遍较小， 基本都处于3m/s以下；
南北回归线附近是全球风 资源丰富地区，该区域风 速普遍较高，基本都处于 6-7m/s以上，
沿海风速高于内陆。
全球风速主要集中在以下几 个区域：
整个欧亚大陆，东亚、中亚、 以及西亚阿拉伯半岛地区，
北非撒哈拉沙漠地区，南非、 澳大利亚及新西兰岛屿、 北美特别是美国大陆、南美 中部、中美加勒比海地区。
风的形成
地球绕自转轴每24小时旋转一周， 温度、气压昼夜变化。由于地球表 面各处的温度、气压变化，气流就 会从压力高处向压力低处运动，以 便把热量从热带向两级输送，因此 形成不同方向的风，并伴随不同的 气象变化。地球的自转进一步促进 了大气中半永久性的行星尺度环流 的形成。
全球大气环流示意图
风的形成
风能及其分布
亚 洲
风能及其分布
中亚地 • 草原，大部分地区都在6至7m/s，蕴含的风能十分丰富 区 阿拉伯 • 沙漠大部分地区都在6至7m/s 半岛及 其沿海
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亚 洲
蒙古高 • 风速能达到9m/s，但空气密度低，风功率密度很低 原 南亚次 • 风速均在6至7m/s以上，气候复杂多变，不利于风能开发 大陆沿 海 亚洲东 • 风速均在6至7m/s以上，甚至部分区域的风速甚至达到8到9m/s。地震台风海啸等自然灾 部及其 害较多，不利于风能开发 沿海地 区
陆地
• 风速均在7m/s以上
沿海
• 风速都在8至9m/s
风能及其分布
根据全国风能详查和评价结果，我 国陆上50m高度年平均风功率密度 ≥300瓦/平方米的风能资源理论储量 为73亿千瓦。 风能资源丰富和较丰富的地区主要 分布在两个大带里。 第一是三北（东北、华北、西北） 地区丰富带； 第二是沿海及其岛屿地丰富带。另 外在一些地区由于湖泊和特殊地形 的影响，风能也较丰富，成为内陆 风能丰富地区。
风能及其分布
欧洲 欧洲是世界风能利用最发达的地区，其 风资源非常丰富。欧洲沿海地区风资源 最为丰富，主要包括英国和冰岛沿海、 西班牙、法国、德国和挪威的大西洋沿 海，以及波罗的海沿海地区，其年平均 风速可达9m/s以上。整个欧洲大陆， 除了伊比利亚半岛中部、意大利北部、 罗马尼亚和保加利亚等部分东南欧地区 以及土耳其地区以外（该区域风速较小 ，在4至5m/s以下），其他大部分地区 的风速都较大，基本在6至7m/s以上。
风能的应用与历史
人类使用风能历史： 人类利用风能的历史可以追溯 到公元前。古埃及、中国、古 巴比伦是世界上最早利用风能 的国家之一。公元前利用风力 提水、灌溉、磨面、舂米，用 风帆推动船舶前进。由于石油 短缺，现代化帆船在近代得到 了极大的重视。到了宋代更是 中国应用风车的全盛时代，当 时流行的垂直轴风车，一直沿 用至今。
风能的优缺点
优点： ① 风能为洁净的能量来源。 ② 风能设施日趋进步，大量生产降低成本，在适当地 点，风力发电成本已低于其它发电机。 ③ 风能设施多为不立体化设施，可保护陆地和生态。 ④ 风力发电是可再生能源，很环保，很洁净。 ⑤ 风力发电节能环保。
风能的优缺点
缺点： ① 风力发电在生态上的问题是可能干扰鸟类，如美国堪萨斯州的松鸡在风车出现 之后已渐渐消失。目前的解决方案是离岸发电，离岸发电价格较高但效率也高。 ② 在一些地区、风力发电的经济性不足：许多地区的风力有间歇性，更糟糕的情 况是如台湾等地在电力需求较高的夏季及白日、是风力较少的时间；必须等待 压缩空气等储能技术发展。 ③ 风力发电需要大量土地兴建风力发电场，才可以生产比较多的能源。 ④ 进行风力发电时，风力发电机会发出庞大的噪音，所以要找一些空旷的地方来 兴建。 ⑤ 现在的风力发电还未成熟，还有相当发展空间。
气压差
距离
4. 水平气压梯度力是形成空气 高气压 水平运动的原动力，是形成 风的直接原因 １０１０ １００8 １００6(hPa)
低气压
高气压
B
A
C
风的形成
城市风
风的形成
海陆风
由于海水热容量大，接受太阳辐射能后， 表面升温慢，陆地热容量小，升温比较 快。在冬季，大陆比海洋冷，大陆气压 比海洋高，风从大陆吹向海洋；夏季相 反，大陆比海洋热，风从海洋吹向内陆。 这种随季节转换的风，我们称为季风。
风能的优缺点
限制及弊端 风能利用存在一些限制及弊端 1)风速不稳定，产生的能量大小不稳定； 2)风能利用受地理位置限制严重；
3)风能的转换效率低； 4)风能是新型能源,相应的使用设备也不是 很成熟。
5)在地势比较开阔，障碍物较少的地方或 地势较高的地方适合用风力发电。
风能的应用与历史
4
人类利用风能的应用与历史
风的形成
谷风、山风
在山区，由于热力原因引起的 白天由谷地吹向平原或山坡， 夜间由平原或山坡吹向谷地， 前者称为谷风，后者称为山风。
风的形成
谷风、山风
由于白天山坡受热快，温度高于 山谷上方同高度的空气温度，坡 地上的暖空气从山坡流向谷地上 方，谷地的空气则沿着山坡向上 补充流失的空气，这种由山谷吹 向山坡的风，称为谷风。夜间， 山坡因辐射冷却，其降温速度比 同高度的空气快，冷空气沿坡地 向下流入山谷，称为山风。
风能及其分布
风能及其分布
风能及其分布
• 全境均处于风资源丰富区，风速均在6m/s以上 阿根廷 • 其南部地区的风速甚至达到8至9m/s
南 美 洲
巴西
• 东南部的高原地区风速在7m/s以上 • 安第斯山脉地区风速达到9m/s以上 • 东部沿海以及南部沿海地区的风速普遍达到8至 9m/s
沿海
澳 洲
风能的应用与历史
人类使用风能历史：
1980年左右，商业风力发电机不断增大，发 电能力50千瓦的发电机逐渐成为主流。北欧国 家和美国的加利福尼亚风力发电市场迅速扩张。 90年代之后，空气污染和气候变化逐渐引起 人们的注意，风力发电作为一种可持续清洁能 源被许多政府加以推广，尤其是在欧洲。
6178 3433
省区
风能资源
（10,000kW）
394 293
内蒙古
山东 江西
沿海及岛屿
• 沿海丰富带年有效风能功率密度在200瓦/ m2以上，将风能功率 密度线平行于海岸线，沿海岛屿风能功率密度在500瓦/ m2以上 • 如台山、平潭、东山、南鹿、大陈、嵊泗、南澳、马祖、马公、 东沙等，可利用小时数约在7000-8000小时
风
能
新能源第二组
目录
1
风的形成
风能及其分布
2
3
风能的优缺点
风能的应用与历史
4
5
风能应用的原理
风能发展的前景
6
风的形成
1
风的形成
风的形成
风（Wind)： 风是由空气流动引起的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。太阳光照射在地球 表面上，使地表温度升高，地表的空气受热膨胀变轻而往上升。热空气上升后，低温 的冷空气横向流入，上升的空气因逐渐冷却变重而降落，由于地表温度较高又会加热 空气使之上升，这种空气的流动就产生了风。
风能的应用与历史
人类使用风能历史： 在蒸汽机发明以前，风能曾经作 为重要的动力，用于船舶航行、 提水饮用和灌溉、排水造田、磨 面和锯木等。
公元前3000年，古埃及人很早就 已经学会了驾驶帆船，在尼罗河 上驭风而行。
风能的应用与历史
人类使用风能历史：
立式风车是一种由风力驱动使轮 轴旋转的机械，旋转的轮轴带动 磨或水车，从而达到磨麦或取水 灌溉的目的，它发明于宋代。
风能及其分布
沙漠及以北地区风速基本在6-7m/s以上 沙漠以南风速较低，大部分地区均在5m/s以下，部分地区甚至不到3m/s,只 撒哈拉 有南非陆上风力资源较好，其风速可以达到7m/s 沙漠
非洲
南部沿海风速很大，达到8-9m/s以上
沿海
中东部沿海风速也较大，达到6-7m/s，具有较大资源储量
风能及其分布