基本介紹
- 中文名：捕風運動
- 性質：科學
- 類別：物理
- 屬於：能源
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簡介
風，從古至今，吹得土地黃沙莽莽，吹得“一川碎石大如斗，隨風滿地石亂走”。特別是強烈風暴，颳得天昏地暗，毀壞房屋，中斷交通，給人類帶來災難。然而，這猛烈、怒吼的風，喚起了人類對它的馴服，讓它順應人的意志，為人類服務。風作為能源，很早就被人類所開發利用了。早在2000多年以前，人類開始利用風的“神力”帶動風車引水灌田、碾米磨麵，既簡便易行，又經濟實惠。在交通運輸方面，風帆船的誕生，使世界航運航海事業，欣欣向榮，為世界文明發展，建立了卓著功勳。可是，自從蒸氣機問世以來，帆船和風車就開始走下坡路。到了近代，特別是石油和煤作為主要能源被廣泛開發利用以來，風能幾乎被人們遺忘了。
風能利用
然而，隨著科學技術的發展，隨著世界性能源危機的日趨嚴重，特別是1973－1974年全球石油漲價，80年代初的石油危機，1991年初海灣爭奪石油戰爭的爆發，同時，以煤、石油和鈾作為燃料，又面臨嚴重的環境污染；而水力發電為了建水庫，有時還要占農田，搬遷居民，代價昂貴。因而，可再生、無污染的風能利用又在世界各國崛起。
歷史
中國利用風能早在甲骨文字中就有“帆”字記載，說明中國是利用風能最早的國家。《天工開物》一書里有“揚郡以風帆數頁，俟風轉車，風息則止”的記錄，表明在明代以前，中國勞動人民就會製作將風力的直線運動轉變為風輪旋轉運動的風車，這在風能利用上更是前進了一大步。後來人們利用風車灌溉農田、提供人畜飲水、排水、磨麵和鋸木等，也就不足為奇了。目前，在世界範圍內仍有一百多萬台各式各樣的古老風車還在運轉著，它的存在不僅僅是歷史的陳列，在能源危機的今天，它將帶給人們開發和利用新能源的思想。
風車中國發展
自16世紀風車從歐洲回到中國，人們就開始了對風能更多的利用。而真正利用風能進行商業性發電，則是上個世紀70年代的事情。先後試製了1、2、10、12、18、20千瓦樣機。其中18千瓦風電機組，於1972年7月安裝在浙江省紹興縣雄鵝峰上，1976年11月遷裝到嵊泗縣榮園鎮運轉發電，直到1986年8月，因熱帶風暴風速達54米/秒而損壞。1978年國家將研製風電設備列為國家重點科研項目，到1993年，中國風電總裝機容量僅1.71萬千瓦，1997年躍升至16.65萬千瓦，1998年再增至22.6萬千瓦，2001年達到34.5萬千瓦。科技部科技司專家李寶山預測：到2010年將達到300萬千瓦。
開發原因
目前各國大力開發風能的原因有三：
2）風能為太陽能的一種形式，只要太陽不滅，它就取之不盡，用之不竭。據估計全世界可利用的風能約為10億千瓦，比水利資源多10倍。光陸地上的風能就相當於目前全部火力發電量的一半。
3）投資少，建成後使用價廉，且無污染。因此，古老的風能煥發了青春，必將成為最有希望的能源之一。有人說：“來之即可用，用後去無蹤，做功不受祿，世代無盡窮”。
利用價值
基本簡介
風，是由太陽照射地球表面，各處受熱不同，產生的溫差引起大氣對流運動形成的。專家指出：儘管到達地球的太陽能僅有2%轉化為了風能，但其總量十分可觀。全球可實際利用的風能為2r107mw，比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍。有風力能源專家預測：到2010年，風能有可能為一些已開發國家提供5%～10%的電源。
重要意義
隨著人們環保意識的增強和風力渦輪機技術的日趨先進，風力發電將比以往更為安全和經濟。以內蒙古現在運行的風力發電與火力發電相比較，每年可減少煙塵排放達500噸，二氧化硫1000多噸，灰渣5萬噸，節水40萬噸，節標準煤6.52萬噸。雖然人類使用風能的歷史久遠，但風能技術發展緩慢，中國風機製造經歷了20多年的歷程，但一直處於樣機研製狀態，沒有投放市場的產品，也沒有形成產業，直到上世紀90年代末，隨著中國改革開放進程的逐步深入及全球經濟一體化的趨勢影響，中國風機製造才有了較大發展。目前，併網型大型風力發電設備絕大多數是引自丹麥、德國、美國、荷蘭等。
捕風運動
捕風運動利用方式
首先採用風力機械設備，把風能轉變成機械能，直接為人們所利用，像風力提水灌溉、飲牲畜。其次採用風力發電設備，把風能轉變為機械能，然後再將機械能轉變成電能，這就是風力發電。
不過，新一代的風力機與老式的風力機相比，有著獨特的優點，這主要表現為：抗風暴的能力強，耐久可靠；可自動調節功能，採用計算機控制轉速；運用近代航空技術，機械效率大大提高。新型風輪機非常靈巧，採用高科技的玻璃纖維製成，具有先進的變速裝置和電子控制裝置。稍大一些的風輪機還有長達5米，甚至更長的葉片。目前，最新型的風輪機每轉可發電300－750千瓦，而其體積大小隻相當於普通火力發電的千分之一。
發展風力發電，儲能是關鍵，因為風是間歇性的。簡單的辦法是用蓄電池。強風時發出的電輸入其中，風不足時，再藉助蓄電池帶動直流電機並帶動發電機發電，但幾百瓦的還可以，上千瓦的，甚至更大的，此法實為不便。另一種辦法是抽水法。強風時帶動抽水機，將水抽到高處的水庫，電力不足時，再把水庫的水放出來，通過水力發電來補充。目前，科學家正在研究壓縮空氣儲能和超導體儲能等方法，一旦成功，多變的風將更加有效地被人類所使用，給人們送來光明和溫暖。
以風能作動力，就是利用風來直接帶動各種機械裝置，如帶動水泵提水等這種風力發動機的優點是：投資少、工效高、經濟耐用。不僅用於農田排灌和人畜飲水需要，還可用於大面積土壤改良，有的地方還在水產養殖業中利用風力提水機，不僅用於換水，更可作為魚池的增氧設備，節約用電。現代化的農牧漁業都可利用風力提水設備，海灘曬鹽更少不了風力提水.目前，世界上約有一百多萬颱風力提水機在運轉。澳大利亞的許多牧場，都設有這種風力提水機。在很多風力資源豐富的國家，科學家們還利用風力發動機鍘草、磨麵和加工飼料等.
新型垂直軸高能風力動力系統是在迎合低碳經濟及高油價形勢下集眾家產品所長，經本廠高級工程技術人員精心計算按國家風能相關規範精心設計的一種新型高能中功率綠色能源產品，它和常規油電抽水機相比，具有技術指標高，性價比高，造價低、效率高、輸出功率大、附加功能完善、耐用及可靠性高、結構最簡單，任何方向的水平風力都可以使它旋轉。無須對風裝置，適合在小型風能套用，增速箱與抽水機可安裝在地面，方便安裝維護。安裝使用方便，一次投資，長期使用，它最適合於無電，少電地區使用。整機高3.5米，風葉直徑2米，風葉4片。水泵功率吸程8米每小時抽水量三級風40噸根據風速變化而不同，占地面積9平方米左右。 是當前功率最高，價格最便宜的風力抽水機
選用材料：風葉採用輕質高強度複合材料，支架高碳角鋼連線，增速器齒輪採用高硬度處理。所有外露零部件都經過防鏽抗爆曬處理。整機設計使用壽命20年。連續使用增速裝置設計壽命30000小時
世界資源現狀
據統計，全世界現今約有25000颱風輪機，總的發電量已經達到5000兆瓦。其中，美國加利福尼亞就有 1700兆瓦的電力，足夠滿足舊金山市的用電需求量。美國北卡羅來納州的藍嶺山上，建起的世界最大的風力電站，裝機容量為 2000千瓦，可滿足附近7個縣總用電量的20%。美國能源研究與發展局宣稱，到21世紀初，風力發電將達200億度，占全國總發電量的10%左右。洛克希德航空公司甚至認為：若採用5萬4千台巨型風力發電機組，可提供1995年美國所需發電量的l/5。
歐洲是目前全球風輪機套用、發展最迅速的地區，其中尤以德國最為突出。德國現已擁有成千上萬台銀色閃光的風輪機，分布在薩克森平原及其沿海地區，從而使德國的風能發電工業成倍增長。目前，德國風輪機的發電量已達到1000多兆瓦，足夠勒蘇益格、霍爾斯坦州5%的用電量。在其他歐洲國家中，丹麥、英國、荷蘭和西班牙等國，也不甘落後。專家們預計，如果風能發電仍將以目前的速度發展的話，在未來的10年中，風能將成為歐洲的主要能源。
在亞洲，對風能進行開發利用的熱潮始於1994年，其中尤以印度的發展最為迅速。目前，印度已成為繼德國之後全球第二大擁有風能發電設備的國家。據統計在1995年初，印度風能的總發電量已達到300兆瓦。
中國資源現狀
中國的風力資源十分豐富，僅次於俄羅斯和美國，居世界第三位。20世紀50年代，中國開始研究風力發電，已研製出風力發電機和風力拉水機。近年來，功率在千瓦以下的家用微型風力發電機，已在北京、內蒙、新疆、青海、山西、浙江等地成批生產。中國幅員遼闊，海岸線長，風力資源十分豐富。據有關氣象資料表明，我國大部分省、市、自治區，都有雄厚的風力資源，尤其是西南邊疆。沿海地帶和東北、西北、華北地區，終年多風，有的地方一年內1/3的時間是大風天。有人粗略估計，中國風能總儲量為16億千瓦，其中可以利用的占10%。
分布分四個區
風能最佳區
指風速3米/秒以上超過半年。6米/秒以上超過2200小時的地區。包括西北的克拉瑪依、甘肅的敦煌、內蒙的二連等地，沿海的大連。威海、嵊泗、舟山、平潭一帶。
風能較佳區
指一年內風速超過 3米/秒在 4000小時以上，6米/秒以上的多於1500小時的地區。包括西藏高原的班戈地區。唐古拉山，西北的奇台、塔城，華北北部的集寧、錫林浩特、烏蘭浩特；東北的嫩江、牡丹江、營口以及沿海的塘沽、煙臺、萊州灣、溫州一帶。
風能可利用區
指一年內風速大於6米/秒的時間為 1000小時，風速3米/秒以上，超過3000小時的地區。包括新疆的烏魯木齊、吐魯番、哈密、甘肅的酒泉、寧夏的銀川以及太原、北京、瀋陽、濟南、上海、合肥等地區。
以上這三類地區大約占全國總面積2/3左右，其他1/3的地區風能是不容易利用的。
發展規模
1991年，中德合資在浙江省舟山群島中的峰泅列島北端青沙鄉李柱山上，建設起發電能力300千瓦的風力發電試驗場棗泗礁風力田。風力田由10颱風力發電機組成，每台機組由一支高達10餘米的綠色粗水泥柱及柱頂端架設的一架白色噴氣式飛機似的風力發電機組成。機頭有兩葉螺旋槳，每葉長約5米。機身與螺旋槳均由質輕而堅、韌性極強的白色塑膠薄膜板製成。隨著風向的變化，機頭同步迎風轉動。因此，泅礁風力田贏來了“新能源島”的美譽。
新疆的風能資源也很豐富，僅次於浙江和內蒙古，居全國第三位。新疆的風持續時間長（年在100天以上），分布廣（15萬平方公里），風力大（12級大風頻繁在各風口發生），已初步探明的風能資源年發電量可達900億千瓦。近年來已在烏魯木齊市郊區的柴窩堡風區，已建成中國最大的風力發電廠，裝機容量為 4000千瓦，已投入運轉發電機組容量為2105千瓦。年發電量可達700萬度。
風能資源的利用在中國已初具規模。一是目前有 8000餘架傳統風車，主要用於提水灌溉和曬鹽。二是用於發電的風力機由1976－1986年的13台增加到目前的7萬多台。內蒙古錫林郭勒盟1983年底就已安裝微型風力發電機540多台，目前發展到700多台。西藏那曲地區也已引進和安裝了幾十台小型風力發電機。此外，在浙江嵊泗、笠山，北京八達嶺等地建成三個風力發電試驗站，先後安裝10千瓦以下機組9台。
目前，中國主要以50瓦、100瓦、1000瓦、2000瓦的微型和小型風力發電為主，正在全國推廣。再加太陽能、沼氣等新能源的套用和推廣，為我國農村能源開闢了美好前景。據農業部透露：我國已有478萬農（牧）戶、1800多萬農村人口用上了風能和沼氣新能源。在今後10－15年內，風力發電將在中國東南沿海、“三北”地區及青藏高原等地基本普及，並將開發風力田，以獲得更多能源。
前景
關於風能利用的前景，聯合國1979年發表的《能源報告叢刊》中，提出了十分誘人的數字。1985年裝機容量 5×105千瓦，年發電量為1.5×109 度；1990年，裝機容量為1×107千瓦，年發電量為3×1010度；2000年，裝機容量2×108千瓦，年發電量為9×1011度。
評價
目前，儘管風能所能提供的電量還不足全球總發電量的0.1%，但它將會很快成為人類可靠的動力來源之一。從理論上說，位於美國平原地區3個州的風能電量足以滿足整個美國的電力需求；同樣，中國內蒙古、浙江、新疆的風能資源所發生的電量，也可以滿足整箇中國的需求。預計，在未來的20年中，數以萬計的風輪機將會出現在世界風能資源豐富的地區，並能滿足這些地區用電需求量的20%－30%。
