浅谈风能及其在我国的利用，本文主要内容关键词为：风能论文,在我国论文,浅谈论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、风能的基本概念
1.风的起源
辐射到地球上的太阳能会使大气大幅度地移动，其中包含了由各种因素导致的局部变化。由于赤道区空气加热，空气变得较轻并且开始上升，在两极冷空气开始下沉。赤道的上升空气向南、北方向运动，运动在北纬30°和南纬30°附近停止，在此位置空气开始下沉，在大气的最底层产生了返回的冷气流。由地球旋转导致由赤道向两极的气流向东偏移，往赤道方向的回流向西偏移，这样便形成了所谓的信风。
海洋和陆地温升的不同会使气流产生很小的变化，地形、山脉和山谷以及当地的障碍物如建筑和树木也会对风产生很重要的影响。
2.风的能量
对于通过一个面积为A的气流来说，质量流为ρAv，因此，功率为
P=（1/2）（ρAv）v[2]=（1/2）ρAv[3]（1）
其中，ρ为空气密度（kg/m[3]），v为风速（m/s），P为功率（W或J/s）。空气密度ρ是气温和气压的函数
ρ=（ρ[，0]·288B/760T）（2）
其中，ρ[，0]为干空气密度1.226kg/m[3]（温度为288K，气压为760mmHg），T为气温（K），B为用毫米汞柱（mmHg）表示的大气压。
3.风能的转换
我国在几个世纪之前就已经将风能用于磨坊和提水。目前世界范围内风能转换仍然是由不同类型的风力机械来完成。实践表明，气流穿过风力机之后温度并没有发生变化，对于水轮机来说这同样是很清楚的事情。在这两种情况下，能量的获得主要是通过流体速度的变化，而不是通过温度的变化，这与燃气轮机或汽轮机有很大不同。
现在假设有一定质量的空气通过一台可以捕获能量的风力机械的风轮（水平轴），其扫风面积为A[，1]，空气速度为v[，1]；而在远上游这些空气的速度为v[，0]，通过的面积为A[，0]；远下游其速度为v[，2]，通过的面积为A[，2]。在这种空气速度及其变化都不是很大的情况下，空气密度可以认为是保持恒定的。
空气质量
m=ρA[，0]v[，0]=ρA[，1]v[，1]=ρA[，2]v[，2]（3）
作用在风轮上的力可以由空气的动量变化率给出。作用力为
F=m（v[，0]-v[，2]）（4）
叶轮所吸收的功率由空气通过叶轮前后的动能变化率给出
P=（1/2）m（v[2][，0]-v[2][，1]）（5）
在叶轮处，风的速率为v[，1]
P=Fv[，1]（6）
将方程式（4）、（5）、（6）合并，就得到以下的关系式
v[，1]=（1/2）（v[，0]+v[，2]）（7）
现在引入速度比较因子b=（v[，2]/v[，0]），通过式（3）、（5）和（6），得到
（F/A[，1]）=（1/2）ρv[2][，0]（1-b[2]）（8）
综合考虑方程式（6）和（7），得到
（P/A[，1]）=（1/2）ρv[3][，0]（1/2）（1-b[2]）（1+b）（9）
在这里我们定义风能利用系数C[，P]为风力机械在其扫风面内吸收的能量与如果不存在风力机械时，该面积内通过的风能之比，通过一定的数学处理，得到
C[，P]=（1/2）（1-b[2]）（1+b）（10）
通过求极值可知在b为（1/3）时，C[，P]的极大值为
C[，Pmax]=（16/27）
4.世界风资源
世界能源组织（IEA）于1994年提供了地球风资源的估算值，估计地球上风力发电机的电量生产蕴藏量可达2×10[4]亿千瓦时，1987年全世界电力的消耗约为1.05×10[4]亿千瓦时。但此估算仅适用于大型并网型风力发电机且取决于一些假设条件，它不包括海上风能的开发或用于提水以及电池充电的小型风力机械，这些风力机械可以在很低的风速下工作。
二、全球风电发展简介
1.发展历程
由于上世纪70年代石油价格的突然增长，欧盟一些国家开始进行补贴研究新的能源以代替传统的石化能源。IEA于1977年开始风力机系统发展与研究计划，到1993年已经有来自12个国家的14个承包伙伴，其中包括政府，专门的研究机构和政府指定的研发机构。同时在上世纪70年代末欧共体开始了大型并网风电场系统关键技术的研究。经过长期不断地投入，目前世界上已经开发了很多进行成功商业运行的大型风电场，而风电机组的单机容量也由最早的几十千瓦发展到了今天的兆瓦级机组，而且海上风电场正在越来越受到重视。
2.世界各国不同的发展模式及规划
在能源日趋紧张的现代社会，各国都进行了一定的政策来鼓励可再生能源的发展。其中尤以欧洲的一些国家最为成功。
丹麦是风电装机容量占本国比例最高的国家，装机补贴使得私人或者合作拥有的风电机组快速增加。1985年后因政府的鼓励，丹麦大型风电场的发展开始加快。丹麦对风电发展的一大贡献是它对风力机建立于一套审批和认证系统，其中不仅对风力机的制造工艺提出了要求，还对其运输、安装、售后服务和信用担保等做出了一系列规定，从而为风力机市场规范化迈出了开创性的一步。
德国风电在最近的几年发展很快，这主要得益于德国政府颁布的“电力供应法”，它以一个固定的奖励方式要求当地的电力公司购买风电，实行所谓的配额制，并且使得绿色电力指标可以在市场上买卖。在这种情况下，风电机组的安装有了市场的保证，从而大大的加快了风电的发展。
作为“京都议定书”的缔约国，很多欧洲国家对风电的发展都有很明确而且大胆的目标，并且提出了欧洲风电在2010年完成75GW的装机和满足近2亿人口生活用电需要的规划设想。
作为亚洲国家的印度，由于其电力供应紧张，也把风能列入国家电力发展计划中，并进行了很多项研究，提供了一系列优惠的发展政策，其中对风电发展促进最大的当数对风电机组折旧率的计算方法，相较于其他各国较低的年度折旧串，印度政府规定风电机组的折旧可以在安装发电后一年之内结束，即年折旧率100％。在此政策的激励下，印度的风电事业发展很快，目前其风电装机容量居世界第五，亚洲第一。
三、中国风电发展及规划
1.我国风能资源及发展原则
我国风能资源丰富，主要有“三北”地区和东南沿海两大风能资源较丰富区，在内陆的局部地区也有一些风能资源较丰富区。据有关研究成果估计，我国陆地上离地10m高可开发和利用的风能储量有2.53亿千瓦。我国风力发电从20世纪80年代开始起步，到1995年以后逐步走向产业化发展阶段。
风力发电的发展要坚持为实现国民经济持续、快速、健康发展和21世纪“三步走”发展战略服务，坚持为调整电力工业结构、减少环境污染服务，坚持为农村电气化发展战略服务，促进当地国民经济发展和社会的全面进步。同时，要根据电力行业发展总体的规划，确定各地发展战略和目标。
风力发电发展要遵循电力工业发展规律，结合各地经济和社会发展水平，因地制宜、发挥优势、突出重点，寻求规模化开发。同时，风电发展要重视市场需求预测、竞争力分析和发展态势展望，实事求是、量力而行，合理确定风力发电的发展速度。
国家将逐步加大对风力发电的投入力度，鼓励多渠道融资开发风力发电，充分运用国际国内两种资源和两个市场优势，逐步提高各地风力发电比例。风力发电必须坚持技术进步的方向，在鼓励引进、消化和吸收国外先进技术的同时，加快国产化进程，坚持走国产化发展道路。坚持区域协调发展的原则，逐步缩小地区发展差距，促进全国经济社会的协调发展。
2.我国风电装机容量及发展规划
经过十几年的不懈努力，我国的风电装机规模达到了56.7万千瓦，分布在我国风能资源丰富的“三北”地区和东南沿海。其中2003年完成项目建议书批复，可研批复和进行施工的总容量就达到60万千瓦。
根据国家发改委的长期产业规划，我国的风电装机目标为2005年完成100万千瓦，2010年400万千瓦，2015年1000万千瓦，2020年2000万千瓦，届时风电装机占全国电力装机的2％。
此外，“可再生能源法”也有望于今年获得通过，如果我国能以立法的形式确实有效地提供优惠的产业政策，则风电这种最为成熟的能源必将得到飞速发展。