什么是风力发电?

发布时间: 2020-06-09 15:44:18   来源:中科院地质地球所  作者:

  风力发电厂(Wind Farm),简称风电厂,是利用风来产生电力的发电厂,属于可再生能源发电厂的一种。目前,为了低碳环保可持续发展,世界各国相继将发展再生能源列为重要目标,而在此情形下,风力发电厂也就成为各国首选的能源发展重点。在附加价值方面,风力发电厂除了可供给电力外,亦提供了寓教于乐、观光、休闲、环境美化等各项功能。

  今天小编带领大家认识一下风力发电机的结构、历史,介绍一下风力发电场的类型和世界各国风力发电的现状。

  风力发电机

  风力发电机可简称风机,是构成风力发电厂的必要条件之一,主要由塔架、叶片、发电机等三大部分所构成。除此之外,还具备自动迎风转向、叶片旋角控制及监控保护等功能。运转的风速必须大于每秒2至4米(依发电机不同而有所差异)不等,但是风速太强(约每秒25米)也不行,当风速达每秒10至16米时,即达满载发电。由于每座风力发电机皆可独立运转,故每座风力发电机均可视为单独的风力发电厂,是属于一种分散式发电系统。

  

 

  

 

风力发电机结构图

  风力发电机的发展历史

  风力机最早出现在三千年前,当时主要用于碾米和提水。第一台水平轴式风力机出现在十二世纪。

  

 

  1887-1888年冬,Brush安装了一台被现代人认为是第一台自动运行且用于发电的风力机。

  

 1897年,丹麦的气象学家保罗·拉·库尔(Poul La Cour)发明了两台实验风力机,安装在丹麦Askov Folk 高中。此外,la Cour于1905年创立了风电工人协会。到 1918年,丹麦约有120个地方公用事业拥有风力发电机,通常的单机容量是20-35KW,总装机约3MW。这些风电容量当时占丹麦电力消耗量的3%。

 

  1980年丹麦BONUS公司生产了 30KW风力发电机,是现在制造商早期模型的代表。

  

 

  1980-1981 年开发的 55KW 风力发电机的出现是现代风力发电机工业和技术上的一个突破。随着这种风力发电机的诞生,风力发电每度电的成本下降了约 50% 。

 

  兆瓦级NEG Micon1500KW风机,于1995年投入运行。此型风机最初的模式是叶轮直径为60米。

 

  多兆瓦级NEG Micon 2MW风力机于1999年8月投入运行。叶轮直径为72米。

 

  

 

  目前,全球安装的风力发电机组超过了60000部以上,机组容量大多为600至3000千瓦不等,目前主流机组为2000千瓦,最大机组为9.5兆瓦。

 

全球最大商用海上风电机组MHI Vestas 164-9.5 MW

  风力发电厂地点分类

  由于风遇障碍物时会消耗其能量,所以风力发电厂最好设置在开阔区域以增加能量转换效率,此外,风向的稳定性亦十分重要,除可增加风能的取得外,更能延长风机的寿命。目前,风力发电厂的建置地点大致可以归为以下两类:

  陆地

  举凡陆地上所有地形,几乎都可以建置风力发电厂,不过碍于法令与飞行安全的限制,部分地区虽风能强劲,但是不能发展(例如机场附近、生态保护区、候鸟或濒危鸟类经过区)。

  比利时埃斯蒂诺蒙发电厂

  海上

  建置海上风力发电厂(又称离岸式风力发电厂)是未来的发展趋势。由于世界各国相继大力发展风力发电,已致陆地上可建置风电地点快速减少,所以目前大型风电厂的发展大多是以海上为主。如英国的1000 兆瓦发电容量的“伦敦阵列”(London Array)风力发电厂。除此之外,中国、丹麦、瑞典、德国亦有海上风电厂。

 

伦敦阵列(London Array)

  世界风力发电现状

  在风力发电厂装置容量上,现阶段世界上装置容量超过大型风力发电厂主要位于中国、美国、印度等国家,目前对大多数国家而言,风力发电厂的装置容量对整体供电影响不大。近几年随着风场风力观测技术进步而使风力发电量预估准确性提高,使得部分国家或地区的风力发电使用率快速增加。在2017年,风力发电于欧盟地区已占总发电量的11.7%,并首次超过水力发电量成为欧盟最大的再生能源电力来源,而其中在丹麦的风力发电已占丹麦用电量43.4%。

  

 

  根据全球风能理事会 (GWEC)2019年统计数据,2019年全球风能总容量超过651吉瓦,中国是世界上排名第一的风力发电国家、也是风力发电设备装机容量最大的国家。

  

 

世界陆地风电装机容量

  

 

世界离岸风电装机容量

  中国风力发电现状

  根据中国风能专委会《2018年中国风电吊装容量统计》,2018年,累计装机容量约 2.1 亿千瓦。(或许因今年疫情,2019年统计数据暂未公布)

  

 

2008-2018年中国新增和累计风电装机容量

  

 

截至2018年底中国各省(区、市)累计风电装机容量

  

 

截至2018年底我国沿海各省(区、市)海上风电累计装机分布

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      关键词: 风电
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