陆上风力电场相比海上风电优势

第三节　风能的应用

1.风力发电

利用风力发电已越来越成为风能利用的主要形式，受到世界各国的高度重视，而且发展速度最快。风力发电通常有三种运行方式。

一是独立运行方式，通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力，它用蓄电池蓄能，以保证无风时的用电。

二是风力发电与其他发电方式（如柴油机发电）相结合，向一个单位或一个村庄或一个海岛供电。

三是风力发电并入常规电网运行，向大电网提供电力；常常是一处风场安装几十台甚至几百台风力发电机，这是风力发电的主要发展方向。

近年来，海水大型风电场发展迅速。海上风能资源丰富，10m高度可利用的风能资源约7亿多千瓦。海上风速高，很少有静风期，可以有效利用风电机组发电容量。海水表面粗糙度低，风速随高度的变化小，可以降低塔架高度。海上风的湍流强度低，没有复杂地形对气流的影响，可减少风电机组的疲劳载荷，延长使用寿命。一般估计海上风速比平原沿岸高20%，发电量增加70%，在陆上设计寿命20年的风电机组在海上可达25~ 30年，且距离电力负荷中心很近。随着海上风电场技术的发展成熟，经济上可行，将来必然会成为重要的可持续能源。

21世纪初，欧洲国家率先兴建了大型海上风电场，许多国家正在推进更大的海上风能开发计划。丹麦的Horns Rev是目前世界上最大的风电场，Horns Rev海上风电场自2001年起，由丹麦的两个公司开始建设，该电场离岸14~20km水深6.5~13.5m，当地风速9.7m/s，风电场占用面积约20 km²，是世界上首座真正的大型海上风电场，安装80台Vestas公司提供的海上风电机组，单机容量2MW，机组容量160MW。2002年12月，Vestas成功完成了风电场的验收，2003年，风电场进行了一些最后试验，随后，风电机组将为丹麦的150000家庭提供足够的电力。风电场主要包括以下主要部件：①风机。80台风机联网，每个风力机之间的距离是560m。②海上风电场的内部电缆和变电站。Horns Rev采用35 kv电缆将风电场内部各风机相连，风电场产生的能源由变电站收集，并通过电缆传输至陆上。

2.风力提水

风力提水自古至今一直得到较普遍的应用。至20世纪下半时，为解决农村、牧场的生活、灌溉和牲畜用水以及主要用于风况较好地区的农田，苗圃、绿地等水利灌溉、水产养殖、人畜饮水。最适合北方地区冬季鱼塘活水，可增加鱼塘温度和氧气，提前解冻冰面，提高养殖生存率。夏季加强鱼塘活水循环，提高养殖密度，缩短养殖周期。

现代风力提水机根据用途可以分为两类。一类是高扬程小流量的风力提水机，它与活塞泵相团提取深井地下水，主要用于草原、牧区，为人畜提供饮水。另一类是低扬程大流量的风力提水机，它与螺旋泵相配，提取河水。湖水或海水，主要用于农田灌溉、水产养殖或制盐。

风力提水是利用风能作动力，经过曲轴或变速箱，直接带动活塞等方式，将地下井水（或河塘水）提出。结构简单，安装方便，安全可靠，少有故障，2~ 3级风即可起动工作，机械正常使用可达10年以上，如图8-1所示。

图8-1　山东日照水库的风力提水机

3.风帆助航

在机动船舶发展的今天，为节约燃油和提高航速，古老的风帆助航也得到了发展。航运大国日本已在万吨级货船上采用电脑控制的风帆助航，节油率达15%。

4.风力致热

随着人民生活水平的提高，家庭用能中热能的需要越来越大，特别是在高纬度的欧洲、北美取暖，煮水是耗能大户。为解决家庭及低品位工业热能的需要，风力致热有了较大的发展。“风力致热”是将风能转换成热能。目前有三种转换方法。①风力机发电，再将电能通过电阻丝发热，变成热能。虽然电能转换成热能的效率是100%，但风能转换成电能的效率却很低，因此从能量利用的角度看，这种方法是不可取的；②由风力机将风能转换成空气压缩能，再转换成热能，即由风力机带动一离心压缩机，对空气进行绝热压缩而放出热能；③将风力直接转换成热能。显然第三种方法致热效率最高。风力机直接转换热能也有多种方法。最简单的是搅拌液体致热，即风力机带动搅拌器转动，从而使液体（水或油）变热（图7-2）。“液体挤压致热”是用风力机带动液压泵，使液体加压后再从狭小的阻尼小孔中高速喷出而使工作液体加热。此外还有固体摩擦致热和涡电流致热等方法。风力机还有多种用途，图8-2为风力热水装置示意图。

图8-2　风力热水装置示意图

5.景观风车

景观风车顾名思义，主要是供人们欣赏，观瞻的，一种带有动感效果，给人以美好享受的风车。产品主要用于城市景点、公园、绿地、广场、小区、企事业单位、机关、学校、军队、海滩、开发区、风景区、大型展区等，美化、绿化、亮化景区等处。本产品以风能做动力，低速旋转景观风车叶片，叶片转动后，可直接带大功率发电机发电，白天能观赏、夜间可照明。根据用户需要，也可以设计出曲轴带动，长轴带动，变速箱变速带动发电机发电。景观风车可采用电机拖动，慢慢转动，也可以靠自然风转动，一般2~3级（风速4~ 6m/s）风即可转动。景观风车必须满足小风能转动，大风可避风，安装简单，安全可靠，观赏性强，使用寿命长。