上海交通大学：《生物技术与人类》通识课程教学资源（小论文）新能源时代的宠儿——风能.doc_大学文库

1风能 1.1风风是自然界中的一种正常现象。太阳光照射在地球表面上，使地表温度升高，地表的空气受热膨胀变轻而往上升。热空气上升后，低温的冷空气横向流入，上升的空气因逐渐冷却变重而降落，由于地表温度较高又会加热空气使之上升，这种空气的流动就产生了风。 1.2风能风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量，也就是空气流的动能。人类利用风能的历史十分悠久，可追溯到公元前数世纪，那时我国人民就已经在利用风力提水、灌溉、磨面、春米，而后又有了利用风力推动船舶的前进，也就是帆船的诞生。而到了现代，利用涡轮叶片可以将气流的机械能转为电能造出了风力发电机，也是现在利用风能的主流方式。空气流动的动能作用在叶轮上，将动能转换成机械能，从而推动叶轮旋转。如果将叶轮的转轴与发电机的转轴相连，就会带动发电机发出电来。 1.3风能的特点 (1)蕴藏量丰富。虽然风能总量仅为太阳辐射到地球能量的2%，但光可利用风能就有2×107MW。 (2)可以再生，永不枯竭。风能是太阳能的变异，只要太阳和地球存在，就有风能，它取之不尽，用之不竭，是可再生的。 (3)清洁无污染。煤、石油、天然气的大量消耗，核电站的广泛建设，均会给人类生活环境造成极大污染和破坏，危害人类健康，而风能开发就没有这样的弊病，而且风能开发利用越多，空气中的漂尘和降尘会越少。 (4)随机统计性。风能从微观短时间上来看是随机的，忽大忽小，忽左忽右，这就决定了风能的不可控特性：然而，从宏观长时间上来看，风能还是具有一定的统计规律特性的，在一定程度上又是可以预测和利用的。 (⑤)极具商业化潜力。根据世界能源组织测算，风力发电年增长均在30%以上，到2020年，全世界风电装机总容量将达12亿千瓦，年发电量将达到世界电能总需求量的12%

1 风能 1.1 风风是自然界中的一种正常现象。太阳光照射在地球表面上，使地表温度升高，地表的空气受热膨胀变轻而往上升。热空气上升后，低温的冷空气横向流入，上升的空气因逐渐冷却变重而降落，由于地表温度较高又会加热空气使之上升，这种空气的流动就产生了风。 1.2 风能风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量，也就是空气流的动能。人类利用风能的历史十分悠久，可追溯到公元前数世纪，那时我国人民就已经在利用风力提水、灌溉、磨面、舂米，而后又有了利用风力推动船舶的前进，也就是帆船的诞生。而到了现代，利用涡轮叶片可以将气流的机械能转为电能造出了风力发电机，也是现在利用风能的主流方式。空气流动的动能作用在叶轮上，将动能转换成机械能，从而推动叶轮旋转。如果将叶轮的转轴与发电机的转轴相连，就会带动发电机发出电来。 1.3 风能的特点 (1) 蕴藏量丰富。虽然风能总量仅为太阳辐射到地球能量的 2%，但光可利用风能就有 2×107MW。 (2) 可以再生，永不枯竭。风能是太阳能的变异，只要太阳和地球存在，就有风能，它取之不尽，用之不竭，是可再生的。 (3) 清洁无污染。煤、石油、天然气的大量消耗，核电站的广泛建设，均会给人类生活环境造成极大污染和破坏，危害人类健康，而风能开发就没有这样的弊病，而且风能开发利用越多，空气中的漂尘和降尘会越少。 (4) 随机统计性。风能从微观短时间上来看是随机的，忽大忽小，忽左忽右，这就决定了风能的不可控特性；然而，从宏观长时间上来看，风能还是具有一定的统计规律特性的，在一定程度上又是可以预测和利用的。 (5) 极具商业化潜力。根据世界能源组织测算，风力发电年增长均在 30%以上，到 2020 年，全世界风电装机总容量将达 12 亿千瓦，年发电量将达到世界电能总需求量的 12%

2风能在中国 2.1地理条件我国内陆风电资源主要集中在新疆、内蒙古和甘肃走廊、东北、西北、华北和青藏高原等部分地区，当地风功率密度在200~300Wm2以上，有的可达500W/ 2以上，风力可利用的小时数在5000小时以上，有的可达7000小时以上，可利用风能储量约为2亿KW。三北地区风电场地形平坦，交通方便，没有破坏性风速，是中国连成一片的最大风能资源区，有利于大规模开发风电场。而我国沿海风电场主要分布在东南沿海及附近岛屿，年有效风功率密度在 200Wm2以上，沿海岛屿风功率密度在500Wm2以上，可利用小时数约在7000~ 8000小时。 2.2技术发展中国风能技术发展大致经过了4个阶段： (1)探索：20世纪50年代到70年代，为了解决海岛、偏远地区供电问题，开始研究风电技术，但受经济、技术限制，无法实现并网，以离网式小风机研发为主。 (2)示范：主要利用丹麦、德国、西班牙政府贷款，进行一些小项目的示范。欧洲风电大国利用本国贷款和赠款的条件，将它们的风机在中国市场进行试验运行，积累了大量的经验。同时中国的“七·五”、“八·五”国家风电规划中设立的国产风机攻关项目，也取得了初步成果 (3)快速成长：在“乘风计划”和“双加”工程的促进下，由国家组织各行业的科研力量，通过国家重点科技攻关项目帮助企业掌握大型风电机组制造的核心技术。同时与外商组建“中一中一外”模式的合资公司，要求外商转让风力发电机制造技术和部分设计技术，从风机总装起步，逐步提高国产化率。 (4)井喷：进入21世纪，国内风电企业迅速增加，各类与风电相关产业高速发展，直到2010年，中国风电新增装机容量超过18.9GW,以占全球新增装机 48%的态势领跑全球风电市场，累计装机超过美国，跃居世界第一。 2.3中国风能现状一一弃风严重近几年，风电产业的快速发展明显超出了电网建设的速度，造成电网建设的相对滞后。其实，风电产能过剩仅仅是表面现象，真正的深层次原因是电源结构的不尽合理和电网建设的相对滞后

2 风能在中国 2.1 地理条件我国内陆风电资源主要集中在新疆、内蒙古和甘肃走廊、东北、西北、华北和青藏高原等部分地区，当地风功率密度在 200～300W/m²以上，有的可达 500W/ m²以上，风力可利用的小时数在 5000 小时以上，有的可达 7000 小时以上，可利用风能储量约为 2 亿 KW。三北地区风电场地形平坦，交通方便，没有破坏性风速，是中国连成一片的最大风能资源区，有利于大规模开发风电场。而我国沿海风电场主要分布在东南沿海及附近岛屿，年有效风功率密度在 200W/m²以上，沿海岛屿风功率密度在 500W/m²以上，可利用小时数约在 7000～ 8000 小时。 2.2 技术发展中国风能技术发展大致经过了 4 个阶段：（1）探索：20 世纪 50 年代到 70 年代，为了解决海岛、偏远地区供电问题，开始研究风电技术，但受经济、技术限制，无法实现并网，以离网式小风机研发为主。（2）示范：主要利用丹麦、德国、西班牙政府贷款，进行一些小项目的示范。欧洲风电大国利用本国贷款和赠款的条件，将它们的风机在中国市场进行试验运行，积累了大量的经验。同时中国的“七·五”、“八· 五”国家风电规划中设立的国产风机攻关项目，也取得了初步成果（3）快速成长：在“乘风计划”和“双加”工程的促进下，由国家组织各行业的科研力量，通过国家重点科技攻关项目帮助企业掌握大型风电机组制造的核心技术。同时与外商组建“中一中一外”模式的合资公司，要求外商转让风力发电机制造技术和部分设计技术，从风机总装起步，逐步提高国产化率。（4）井喷：进入 21 世纪，国内风电企业迅速增加，各类与风电相关产业高速发展，直到 2010 年，中国风电新增装机容量超过 18.9GW，以占全球新增装机 48%的态势领跑全球风电市场，累计装机超过美国，跃居世界第一。 2.3 中国风能现状——弃风严重近几年，风电产业的快速发展明显超出了电网建设的速度，造成电网建设的相对滞后。其实，风电产能过剩仅仅是表面现象，真正的深层次原因是电源结构的不尽合理和电网建设的相对滞后

风电建设集中在风能资源条件好的“三北”地区，这些地区电力负荷比较小，在当地消纳困难：风能资源的间歇和随机特性，给电力系统运行管理增加了很大难度：受发电计划管理体制制约和地方保护主义的影响，以及上网电价审批制度的限制，大大影响了地区间电力和电量的合理交换。长期以来，我国电力发展基本遵循“扩张保供”的思路，在电力高度紧张时期对保障电力安全供应发挥了重要作用。但由于我国风电和太阳能资源主要集中在西北部地区，由于当地经济欠发达，电力市场容量不大，消纳能力较弱。因此可再生能源集中大规模发展需要解除跨区输电通道，将多余的电能送到东中部负荷中心，但这种发电模式正显示出其局限性。至2014年底，中国风电累计并网量达96GW,占全部发电装机容量7%，风电发电量达到1533亿千瓦时，但弃风总量123亿kW·h,平均弃风率达8%，相较于正常水平的5%，弃风量还是相当大的。 2.4并网难问题建议可以向曾遇到相同问题的德国学习。德国在2011年弃核，引起南部电力供给的巨大空缺，而德国风电主要集中在北部，因此造成了风电设备的大量空转，2011 年弃风量达421GW。然而现在德国己基本解决弃风问题，弃风量已在控制范围之内。既然这样，我们能从中得到什么经验呢？首先，最重要的是要把电网修好。修建远距离电网，扩大电网，将多余的电输送出去。一方面通过扩大电网，另一方面是要增加系统的灵活性。假若无风无太阳的时候怎么办？因而，需要保证供电力交易体系。一旦出了事以后，售电方必须保证给电力供应。然而，建立强大而灵活的电网需要很长的时间，但中国目前的电力矛盾已经很突出了。此时可以发展储能，将多余过剩的电力储存起来。另外把这些要放弃的富余电力进行电解氢，产生了氢气，生产氢能也是一种不错的解决方案。 3未来我国风电发展方向 3.1培育稳定风电市场我国要总结特许权风电场开发经验，在全国范围内开发几十个100-200MW规模的大型风电场，同时注重发展中小型风电场，通过推行固定电价发的方式来培

风电建设集中在风能资源条件好的“三北”地区，这些地区电力负荷比较小，在当地消纳困难；风能资源的间歇和随机特性，给电力系统运行管理增加了很大难度；受发电计划管理体制制约和地方保护主义的影响，以及上网电价审批制度的限制，大大影响了地区间电力和电量的合理交换。长期以来，我国电力发展基本遵循“扩张保供”的思路，在电力高度紧张时期对保障电力安全供应发挥了重要作用。但由于我国风电和太阳能资源主要集中在西北部地区，由于当地经济欠发达，电力市场容量不大，消纳能力较弱。因此可再生能源集中大规模发展需要解除跨区输电通道，将多余的电能送到东中部负荷中心，但这种发电模式正显示出其局限性。至 2014 年底，中国风电累计并网量达 96GW，占全部发电装机容量 7%，风电发电量达到 1533 亿千瓦时，但弃风总量 123 亿 kW·h，平均弃风率达 8%，相较于正常水平的 5%，弃风量还是相当大的。 2.4 并网难问题建议可以向曾遇到相同问题的德国学习。德国在 2011 年弃核，引起南部电力供给的巨大空缺，而德国风电主要集中在北部，因此造成了风电设备的大量空转，2011 年弃风量达 421GW。然而现在德国已基本解决弃风问题，弃风量已在控制范围之内。既然这样，我们能从中得到什么经验呢？首先，最重要的是要把电网修好。修建远距离电网，扩大电网，将多余的电输送出去。一方面通过扩大电网，另一方面是要增加系统的灵活性。假若无风无太阳的时候怎么办？因而，需要保证供电力交易体系。一旦出了事以后，售电方必须保证给电力供应。然而，建立强大而灵活的电网需要很长的时间，但中国目前的电力矛盾已经很突出了。此时可以发展储能，将多余过剩的电力储存起来。另外把这些要放弃的富余电力进行电解氢，产生了氢气，生产氢能也是一种不错的解决方案。 3 未来我国风电发展方向 3.1 培育稳定风电市场我国要总结特许权风电场开发经验，在全国范围内开发几十个 100-200MW 规模的大型风电场，同时注重发展中小型风电场，通过推行固定电价发的方式来培

育和稳定我国风电市场。 3.2抓住市场机遇，提高自主创新能力。鉴于我国风电设备制造企业技术水平较低，因此应当在扩大现有产品生产批量的同时，继续跟踪以及引进国外先进的风电设备制造技术，实现风电设备的更新换代，抓住市场机遇，满足市场对主流风电设备的需求。与此同时，国风电设备制造企业还要在技术引进的过程中不断积累经验，不断提高企业的自主创新能力，不断降低机组的生产成本，提高企业核心竞争力。 33风电的发展与当地经济承受能力和电网容量相适应。风电的发展必须要结合当地的实际情况。我国沿海地区经济发达但是能源十分短缺，因此在这个地区要加速风电的发展：我国西部地区经济相对不发达，但是能源丰富，随着电网技术的发展以及人们对电力需求的日益增加，电网容量逐渐增大，因此需要大规模开发风电，在政策上要致力于解决跨省区销售风电的问题。 3.4规模开发与分散开发相结合。我国可以建立几个百万千瓦级超大型风电基地，进行大规模风电开发，以风电的规模化开发来带动风电的产业化，同时要重视中小型风电场的发展，注重结合当地的实际条件，因地制宜促进风电行业的发展。在进行规模化开发的时候，对于农村电网可以考虑实行单机分散并网的方式，改善我国的电力结构，顺应电力结构的发展趋势。 3.5为发展海上风电打下基础。相比较而言，海上风速比陆地上高，风能资源更为丰富，进行海上风电开发可以更加有效地利用风电机组的发电容量。海上风速受到高度的影响并不大，因此无需架设很高的塔架，可以降低开发成本；海上风能受到的阻力比较小，因此作用在风电机组上的疲劳载荷减少，可以延长风电机组的使用寿命。我国应当积极学习与引进国际海上风电的开发与利用经验，为我国海上风电开发积累经验。 4结束语在世界范围内的环境污染问题以及传统化石能源短缺问题日益严重的今天，发展新能源、研究清洁能源己成为各国的共识。作为早期被研究利用的新能源，风能的利用技术必然是比其他新能源形式更为成熟的，也必然会成为未来能源发

育和稳定我国风电市场。 3.2 抓住市场机遇，提高自主创新能力。鉴于我国风电设备制造企业技术水平较低，因此应当在扩大现有产品生产批量的同时，继续跟踪以及引进国外先进的风电设备制造技术，实现风电设备的更新换代，抓住市场机遇，满足市场对主流风电设备的需求。与此同时，国风电设备制造企业还要在技术引进的过程中不断积累经验，不断提高企业的自主创新能力，不断降低机组的生产成本，提高企业核心竞争力。 3.3 风电的发展与当地经济承受能力和电网容量相适应。风电的发展必须要结合当地的实际情况。我国沿海地区经济发达但是能源十分短缺，因此在这个地区要加速风电的发展；我国西部地区经济相对不发达，但是能源丰富，随着电网技术的发展以及人们对电力需求的日益增加，电网容量逐渐增大，因此需要大规模开发风电，在政策上要致力于解决跨省区销售风电的问题。 3.4 规模开发与分散开发相结合。我国可以建立几个百万千瓦级超大型风电基地，进行大规模风电开发，以风电的规模化开发来带动风电的产业化，同时要重视中小型风电场的发展，注重结合当地的实际条件，因地制宜促进风电行业的发展。在进行规模化开发的时候，对于农村电网可以考虑实行单机分散并网的方式，改善我国的电力结构，顺应电力结构的发展趋势。 3.5 为发展海上风电打下基础。相比较而言，海上风速比陆地上高，风能资源更为丰富，进行海上风电开发可以更加有效地利用风电机组的发电容量。海上风速受到高度的影响并不大，因此无需架设很高的塔架，可以降低开发成本；海上风能受到的阻力比较小，因此作用在风电机组上的疲劳载荷减少，可以延长风电机组的使用寿命。我国应当积极学习与引进国际海上风电的开发与利用经验，为我国海上风电开发积累经验。 4 结束语在世界范围内的环境污染问题以及传统化石能源短缺问题日益严重的今天，发展新能源、研究清洁能源已成为各国的共识。作为早期被研究利用的新能源，风能的利用技术必然是比其他新能源形式更为成熟的，也必然会成为未来能源发