风能利用技术.doc

风能利用技术风能利用技术转载风能主要被用于发电、电池充电、抽水或加工粮食等用途。大型现代化的风力涡轮可向用电设备供电，而小型的风力涡轮则多用于家庭和偏僻的乡村从而用来解决居民的能源需求。风能的基础知识风力涡轮机是用2-3片安装在转轴上的刀形螺旋桨叶片，通过风力驱动来发电的。涡轮机通常被安装在塔的顶部，从而有利捕获30米高处强风或更多地捕捉地表风。刀形叶片的作用相当于飞机的机翼，当风吹过时，在叶片的顺风侧形成一股低压空气，低压空气推动叶片，带动了转子的运转，在这种情况下的力称之为升力。这种上升的力比面向叶片的力要大得多，面向叶片的力称作拉力。在升力和拉力的合力作用下，叶片象螺旋桨一样旋转起来，并带动发电机发电。风力涡轮机也可作为某一功能单独应用、或成为电网组成的一部分、也可以是光电(太阳能电池)系统的组成部分。直立式涡轮通常用来泵水和水利输送。而生活在风力资源丰富地区的个人或农民可以用风力涡轮机来发电。为了有效地利用风力资源，可以将多个风力涡轮机紧密地布置在一起，从而形成一个风能电场。现在已有好几个电力公司已成功地利用了该项技术。风能技术现代风力涡轮可分为两大类：水平轴涡轮机和垂直轴涡轮机两种。而在许多郊区和乡村至今仍可看到老式风车。水平轴涡轮机(HAWT)水平轴涡轮机是现在应用最多也是最普通的一种。它形如高塔，由安装在塔顶部的迎风处象转子的风扇、发电机、控制器及其它部分组成。尽管叶片有多有少，但现在用的水平风力涡轮机主要还是两或三个叶片。垂直轴涡轮机(VAWT)垂直轴涡轮机分成两大类：Savonius和Darrieus，但这两种类型的涡轮机现在都没有得到广泛地应用。Darrieus涡轮机该机型是法国在1920年发明的。这种涡轮机常被描绘为象一个打蛋器，垂直轴涡轮机有几个垂直的叶片并在风的吹动下旋转。根据空气动力学原理知道，这种涡轮机比水平式能更多地利用风能，在Darrieus涡轮机中Giromill涡轮机和圆弧式涡轮机又有区别。Savonius涡轮机该涡轮机首先是荷兰人发明的，从上面看它是S形的。这种拖拉型的垂直轴涡轮机旋转相对较慢，但可产生较大的转矩。对磨粮食、抽水和其它功能要求来说是很适用的，但较慢的转速不适合用来发电。风车风车在公元200年起就一直被人们用来磨粮食和抽水。到1900年，在美国大量风车被农庄和大农场用来抽水，后来才被用来发电。它们的叶片要比现代风力涡轮机的多，主要依靠风的拉力来使叶片旋转。风力涡轮的应用风力涡轮在世界各地被广泛应用。其范围可从家用单一涡轮机一直到大规模风力电场中由几百台联合发电并输入到电网的涡轮机。风力发电的研究探索在上个世纪的最后的20年中，随着不断地研究和探索使风力发电的成本不断下降。而这些研究主要是由研究实验室、大学和一些电力公司所牵头和开展的。先进的风力涡轮机目前，先进的风力涡轮机将具备最新的结构且能将风力发电的成本减少到2.5美分/kWh(风速在15英里/小时)。空气动力学由于空气动力学在风力涡轮机上的应用相当复杂，目前仍在研究和试验阶段。计算机模拟计算机模拟被用来进行风力涡轮机性能试验和辅助设计。兆瓦级涡轮机公用电力涡轮机发展趋势是建造大型机组，容量一般为几兆瓦或更大。动力结构设计时，工程设计人员将对整个风力涡轮机及其各机械组成的进行动力性能分析。测试新的涡轮样机需要经过试验来证明是否达到预期的设计性能。试验对证明风力涡轮机的性能是十分必要的。结构、噪声(也称声学)、性能试验对新涡轮机样机来说均是基本的测试项目。电厂的综合运行不仅能获得宝贵的风力电场的运行经验，其所发的电还能并入电网。风能预测通过对可利用风能资源的可靠预测，能更多地利用风能从而取代以前的常规能源。风力涡轮机构成先进的风力涡轮机不但能提高生产力，而且还能降低成本。开发中的新技术包括涡轮机特制叶片的开发，能快速适应复杂环境的、成熟的控制系统，新型的发电机(可变速或低速运转)和新型的转子。风力资源对于风能来说，风就是所谓的燃料。美国的许多地方都有丰富的风力资源，尤其是在美国的中西部和平原地区。探明风力资源是编制风能规划重要的一环。要实施一个风能利用计划，就要先详细了解该地区风力资源的情况。对环境的影响风能之所以被称为绿色能源，因为它主要的能源来源就是自然界的风，风力电场不会产生空气污染和温室气体。但不可否认的是，任何形式的能源利用均会对环境产生或多或少的影响，风能也不例外。相比其它一次性能源对环境所产生影响，风能却真正做到了绿色环保。美观和视觉影响影响视觉效果的主要因素有每个涡轮机之间的间距、组成的图案和式样设计。对鸟类和其他生存资源环境的影响前期调查就可以预计风力涡轮机的安装是否对鸟类或其他生存资源环境产生影响。地球变暖问题风能的利用可减缓地球变暖的趋势，因为风力涡轮机不会产生废气或温室气体。闪电问题现行的研究和操作经验的不断丰富，使我们对闪电与风力涡轮机了解越来越多。噪声问题象所有的机械系统一样，当风力涡轮机运转时会产生一些噪声。近年来，工程师已经对风力涡轮机进行了改善，减少了其运转时的噪声。对电视/无线电的影响在过去，由于老式的叶片是金属材料制成，所以在涡轮机附近地区的电视信号也会受到不同程度的影响。而现在的叶片是由复合材料制成，就不会产生上述影响。经济因素在过去的20年期间，风力发电的成本已下降了85%。刺激成本下降的原因有：联邦生产税降低以及对某些地区实行网络控制改善了风能利用的经济效益。公众用来购买风能所发电力的比率，称作