第二章风能的发展   我们敬爱的大自然,无时无刻都在想着人们,把风能带向人类,让人类感觉到风能带来的便捷之处。那么你知道风能的发展吗?你知道风力机是怎样利用的吗?风力有哪些功效,同样风力还会制造氢气,当今的社会,氢气的用处也是非常的宽阔,那么我们一起来看一下风能的作用,展望风能的发展。   风力机   ※风力机   风车(windmills)又名风力机。它是一种不需要燃料、以风作为能源的动力机械。古代的风车,是从船帆发展起来的,它具有6~8副像帆船那样的篷,分布在一根垂直轴的四周,在风吹动时就像走马灯似的绕轴转动,叫走马灯式的风车。这种风车的效率是比较低的,已逐步被具有水平转动轴的木质布蓬风车和其他风车取代,如“立式风车”、“自动旋翼风车”等。在2000多年前,中国、巴比伦、波斯等国就已利用古老的风车提水灌溉、碾磨谷物。12世纪以后,风车在欧洲得到了迅速发展,通过风车(风力发动机)利用风能提水、供暖、制冷、航运、发电等。   ◎中国古代风车的特点   ※古代风车我国古代风车的特点是非常明显的,除卧式轮轴外,风帆为船帆式。帆并非安装在轮轴径向位置,而是安装在轴架周围的八根柱杆上。帆又是偏装,也就是说帆布在杆的一边较窄,在另一边较宽,并用绳索拉紧。利用绳索的松紧和帆的偏装,它可以利用戗风或逆风,如同在船帆中一样。这样的装置方式可以使帆随风自由摆动,而没有特别的阻力产生,帆在外周转动的有效风力作用范围,超出180度。帆还可以利用部分风力少量作业。这种船帆式风车的特色,是我国所独有的。   ◎西亚建造的第一批风车   第一批风车是公元7世纪,在西亚——大概是在叙利亚建造的。在世界上,这个地区的风是很强的,可以说是总朝着相同的方向吹,因此就面向盛行风而建造了这些早期风车。它们看上去不像如今所见到的风车,而是有着竖式轴,轴垂直排列着翼,跟旋转木马装置上排列着的木马差不多。   西欧的第一批风车是在12世纪末出现的。有些人认为,是在巴勒斯坦参加了十字军东侵的士兵们回家时带回了关于风车的信息。然而,西方风车的设计与叙利亚的风车是完全不同的,因而可能是它们独立发明出来的。它们是典型的地中海风车,且有着圆形石塔和朝向盛行风安装的垂直翼板。它们依然被用于磨碎谷物。西方风车的不同之处就是在于翼板环绕着垂直面而转动。※第一批风车因为在欧洲的风与西亚的相比,变化是稳定的,所以,风车另外还有一个机械装置,可以使翼板面对着风来的方向转动。   近现代风车的作用及其发展   如今,人们已很少用风车来磨碎谷物了,而是把它作为发电的一个新生手段。“装有发电涡轮机的农场”是由驱动发电机的大型风车组构成的。近代风车主要用于发电,是在19世纪末由丹麦人开始应用的,到20世纪时,经过不断地改进,渐渐地成熟,功率最大达到15兆瓦。一直以来,我国都没有自己的知识产权,2001年,在西军电、西交大、上复旦、上同济等高校一批专家的配合下,上海模斯电子设备有限公司(MUCE)在不到一年的时间里,就成功研制出了世界上第一台新型(H型)垂直轴风力发电机,并装机试验成功,获得了基础数据和实际经验。在接下来的一年里,MUCE对产品又对其进行了无数次的改进和测试,在2002年底产品通过了各项测试,并且也达到了各项设计的要求。2002年底,至今以来,MUCE先后在部队安装了60多套垂直轴风力发电机和风光互补系统,为国防建设的稳定,做出了不可估量的贡献。   ◎荷兰风车   文化遗产   ※荷兰风车   金德代克-埃尔斯豪特的风车系统,根据文化遗产的遴选标准被列入《世界遗产目录》。第21届世界遗产委员会会议报告评价:用于“低矮的国家”控制海水的技术得到了一笔巨额的捐助,金德代克区域的装置足以证明了技术的成功。从中世纪起,人们就开始利用水力浇灌土地,用于农业和居民用水,并一直坚持到今天。此地建有与技术有关的所有设施——沟壑,水池,抽水站,行政楼,和一系列完整的保护风车的设施。   风车之国   ※风车之国   荷兰不仅享有“风车之国”的美誉,而且最有力的象征就是风车。荷兰位于地球的盛行西风带,一年四季都盛行西风。同时它濒临大西洋,又是典型的海洋性气候国家,海陆风长年不息。而荷兰是世界著名的低洼国家,国内3/5的土地低于海平面,余下的2/5海拔还不到1米。国家地处欧洲西部北海东岸,与大不列颠岛遥遥相望并构成了漏斗形尾部的地理特征。大西洋季风从北海吹入,而荷兰正处风带要冲,且长年受益。13世纪,荷兰人围海造田急需动力,这时足够的风力便有了用武之地,风车自然也就应运而生了。   ※风车用来碾稻子   荷兰最早的风车是从德国引进的。刚开始时,风车只是用来磨粉之类。到了16~17世纪,风车对荷兰的经济就有了特别重要的意义。当时,荷兰在世界的商业中,占首要地位的各种原料,从各路水道运往风车加工,其中包括:北欧各国和波罗的海沿岸各国的木材,印度和东南亚的肉桂和胡椒,德国的大麻子和亚麻子。而在荷兰的大港鹿特丹和阿姆斯特丹的近郊,也有很多风车的造纸厂、锯木厂和磨坊。随着荷兰人民的围海造陆工程大规模的开展,风车在这项艰巨的工程中发挥了巨大的作用。根据当地的气候特点,湿润多雨、风向多变,他们对风车进行了改革。首先就是在风车上装上了活动的顶篷。另外,他们又把风车的顶篷安装在滚轮上,这样做是为了能四面迎风。这就是荷兰式的风车。   荷兰最大的风车有好几层楼高,风翼长达20米。其中有的风车就是由整块的大柞木做成。18世纪末,荷兰全国的风车约有12000架,每台拥有6000匹马力。这些风车用来碾谷物、粗盐、烟叶、榨油,压滚毛呢、毛毡、造纸,以及排除沼泽地的积水。也正是有了这些不停地吸水、排水的风车,才使全国2/3的土地有了保障,没有受到沉沦和鱼鳖的威胁。20世纪以来,科学技术有了很大的发展,如蒸汽机、内燃机、涡轮机的发展,而依靠风力的古老风车曾一度变得黯然失色,人们差不多就把它遗忘了。但是,因为风车利用的是自然风力,没有污染、耗尽的顾虑,所以它不仅被荷兰人民一直沿用至今,而且也成为今日新能源的一种,深深地吸引着人们。目前,荷兰大约有各种各※荷兰风车   样的风车2000多架。   荷兰人在其民歌和谚语中常常赞美风车,非常喜爱他们的风车。关于风车的建筑物,总是尽量把它们打扮得漂漂亮亮的。一到盛大节日,就把花环都围在风车上,悬挂着国旗和硬纸板做的太阳和星星。   而位于荷兰境内的金德代克-埃尔斯豪特的风车最有名,是荷兰最独特的一道风景线。在世界范围内,也没有任何一个其他地方的风车比荷兰的一个村镇——金德代克-埃尔斯豪特的风车还要多。18世纪,金德代克村就开始修建坚固的风车,到今天,仍然完好地保存着。世界遗产委员会决定将其列入世界文化遗产,是因为“金德代克-埃尔斯豪特的风车网络系统是人工制作的突出景观,它展示了人类的独创性和坚韧性。当地人民依靠发展水利技术和应用水利技术,用近千年时间,建设了这个排水系统,并且成功地   保护了这片土地。”   ※“童堤镇”风车当今世界上最大的风车群——金德代克-埃尔斯豪特村,距荷兰首都阿姆斯特丹约8千米,在这里有19个建于18世纪30~40年代的风车。每一个风车就是一个风车塔房,呈圆锥形,墙壁自上而下向里倾斜。风车的41片长方形翼板固定在塔房顶部的风车上。塔房分几层,分别用于睡觉和吃饭,有的家族在风车塔房里已生活了240多年。每年七八月份的星期六对外开放的“童堤镇”风车,已经成为荷兰旅游业的一大景观。   金德代克在鹿特丹附近,该村镇坐落在被称为阿尔布拉瑟丹低田的地区。荷兰人围海造成了阿尔布拉瑟丹低田(它们的海拔高度是低于海平面的),这些风车的作用就是把阿尔布拉瑟丹低田中多余的水抽出来,由于这个低田地区一直都是洪水的多发地区,所以在这儿建造风车的目的就是将多余的水抽出,然后排放在存水区中。如果存水区的水位在达到一定高度后,人们就会把存水区中的水再一次抽出来,然后将其排放到河流中。   知识库公元1229年,荷兰人发明了世界上第一座风车,从此开始了人类使用风车的历史。(另一资料在年代上出入较大,称:世界上第一台风车于1408年诞生于荷兰)当时的作用是灌溉农田。18世纪中叶,荷兰的风车多达1万台。现在,大部分风车已被电力代替,只剩下不足1000台,仍有300多台在使用。(另一资料:目前,荷兰仅剩970座风车,其中只有210座还在继续使用,余下的均作为历史古迹保留下来供人参观。)为此,荷兰将每年5月的第二个星期六定为“风车日”,这一天,全国所有风车都会转动起来,吸引无数的游人前来观赏。   荷兰这些风车的作用主要是将风力转化为桨轮转动得来的动力。从物理上讲,就是将风能转化为动能,从而将低处的水提上来,这个提水的工作现在已由电力驱动的抽水机代替。如今,荷兰有一个全欧洲最大的抽水站。自公元1927年起,柴油机的抽水站就做了实际上的抽水工作。风车就不再被人们使用了。不过,在第二次世界大战中,当时的柴油机由于缺乏燃料而不能驱动抽水机,所以,风车就又一次得到了使用,这也是人们最后一次使用风车进行抽水工作。   而现在,特别是在夏季到来的一段时间里,风车得以再次“使用”。而这时风车的作用不一样了,主要是用于旅游者的观光,游客们沿着运河和河流散步,到近处细细观看这些巨大的风车,欣赏这儿美丽如画的风景。其中还在一个风车所处的位置附近,当地人们还建立了一个小型的博物馆,※风车观光里面有展览,内容主要是关于荷兰有风车家庭的生活情况。   随着人类越来越注重环境保护,在今天,风车这种“绿色能源”又重新引起了人们的重视。或许风车会在下个世纪的某一天,脱胎换骨,东山再起,继续为人类服务。   ◎风力机   从广义上来说,风力机是一种以太阳为热源,以大气为工作介质的热能利用发动机。风力机又名风车,它主要是将风能转换为机械功的动力机械。   ※风力机   随着人类社会的不断向前发展,风力机同水力机械一样,作为动力源替代人力、畜力,对生产力的发展发挥过重要的作用。近代以来,由于机电动力的广泛应用,以及20世纪50年代中东油田的发现,就使得风力机的发展缓慢下来。   在70年代初期,出现了“石油危机”,这就造成了能源紧张的问题,人们也逐渐认识到了常规矿物能源供应的不稳定性和有限性,于是寻找一种清洁的可再生能源就成为了现代世界的一个很重要的课题。而风能作为一种可再生的、无污染的自然能源又重新进入了人们的视野,引起了人们的重视。   风车最早是在波斯出现的,起初是立轴翼板式风车,后又发明了水平轴风车。风车在传入欧洲后,15世纪在欧洲已得到广泛应用。荷兰、比利时等国为排水建造了功率达66千瓦以上的风车。18世纪末期以来,由于工业技术的不断发展,风车的结构和性能都有了很大的提高,已经能够采用手控和机械式自控机构改变叶片桨距来调节风轮转速。   1890年,在丹麦的一项风力发电计划中,人们开始了对风力机用于发电的设想。到1918年,丹麦已拥有风力发电机120台,额定功率为5~25千瓦不等。第一次世界大战后,制造飞机螺旋桨的先进技术和近代气体动力学理论,为风轮叶片的设计创造了条件,于是,现代高速风力机就出现了。   在第二次世界大战前后,基于需求量比较大的能源,欧洲的一些国家和美国相继建造了一批大型风力发电机。1941年,美国建造了一台双叶片、风轮直径达533米的风力发电机,当风速为13.4米/秒时输出功率达1250千瓦。   在50年代,英国建造了三台功率为100千瓦的风力发电机。其中有一台,它的结构是非常独特的,它由一个26米高的空心塔和一个直径24.4米的翼尖开孔的风轮组成。风轮转动时造成的压力差迫使空气从塔底部的通气孔进入塔内,穿过塔中的空气涡轮再从翼尖通气孔溢出。法国在50年代末到60年代中期相继建造了功率分别为1000千瓦和800千瓦的大型风力发电机。   ※立轴翼板式风车   现代的风力机又增加了抗风暴的能力;风轮叶片广泛采用的是轻质材料;风轮结构形式多样化;运用近代航空气体动力学成就,使风能利用系数提高到0.45左右;用微处理机控制,使风力机的运行一直处于最佳状态;发展了风力机阵列系统。   在20年代,法国人发明的垂直轴风轮在被人们遗忘了半个多世纪之后,已成为最有希望的风力机型之一。这种结构有多种形式,它具有很多的优点,如运转速度高、效率高和传动机构简单等等,但是它需要有辅助的装置来起动。同时,人们还提出了许多新的设想,如漩涡集能式风力机,据估计,这种系统的单机功率将100~1000倍于常规风力机。   风能接收装置是风力机的主要部件。一般情况下,凡是在气流中能产生不对称力的物理构形都可以成为风能接收装置,它以旋转、平移或摆动运动而发出机械功。   风力机基本上都是按风能接收装置的结构形式和空间布置来分类的,一般可以分为两类:水平轴结构和垂直轴结构。以风轮作为风能接收装置的常规风力机为例,按风轮转轴相对于气流的方向可分为侧风水平轴风轮式(转轴平行于地面、垂直于气流方向)、垂直轴风轮式(转轴同时垂直于地面和气流方向)和水平轴风轮式(转轴平行于气流方向)。   ※水平轴风车   广义上的风力机还包括那些利用风力产生平移运动的装置,如风帆船和中国古代的加帆手推车等。但不管是什么类型的风力机,其都是由风能接收装置、控制机构、传动和支承部件等组成的。近代的风力机还包括发电、蓄能等配套系统。   风力机的经济效益在很大的程度上是取决于安装地点的风力状态,通过气象测量可得到安装地点的一条风速持续曲线。输出的功率随着风速的增高而逐渐增大,当风速持续增高时,通过调节叶片桨距或其他方法可使功率输出稳定在额定值。   现在,已经有数以万计的风力机在世界上运行,风能作为一种辅助能源正在发挥着巨大的作用。但风力机还是存在有很多不足的地方,首先是风力机的安全可靠性尚无充分保障;其次就是能量不稳定的输出,特别是一些大型风力机的利用率低,还达不到作为独立能源的条件;另外,风力机的成本在短期的时间内还不足以与矿物燃料相竞争。但是,随着人类对能源需求量的日益增多和科学技术的不断发展,以上所提到的问题一定会得到解决的。   虽然风力发电的发展已经有了一个多世纪,但从最初的技术到现在有本质的改进,虽然和火电的成本相接近,但是它的建造环境要求以及对于自然环境的影响已经有所体现。此外,还有一些科学家指出,在同一地区大量采用超大型水平轴风力发电机还可能会对当地的季风流动产生影响。当一个国家或地区容量达到一定时(20%以上),分布地区的限制还会导致电网的不稳定,如果是采用辅助设备来调节,那么它的成本就会很明显地呈直线上升趋势!   ※绿色能源   我们在替代能源研究这方面虽然遇到了很大的困难,但令人可喜的是,最近国外一家新能源权威杂志报道,英国一家公司和美国GE都提出了一项计划,开展一项新型风力发电机的研究,它是垂直轴风力发电机形式,单台功率可达到10~60兆瓦级,该设备不会产生噪音,也不会影响季风风向的改变等,旋转速度也将会大幅放慢,鸟类也几乎不会受到影响。它的发电成本是火力发电的一半左右,风力发电场的设置地点不会再像以前那样严格,实现了低风速启动发电。它的设置地点灵活、成本低,使区域性调节电力输出成为了可能。   随着人类对这项研究计划地不断开展,这又将是我们打开能源时代的新篇章,为地球的未来能源发展勾勒出了宏伟的蓝图。   知识库   作为这项划时代的研究课题,我国也加入了这一竞争领域,并且在技术研究上进入了冲刺阶段,已经在2008年初成功研制出世界上首套系统,在第三次工业革命前进浪潮中,已经出现了中国的身影!   1.风力机的作用是什么呢?   2.风力机的类型有哪些?   3.把风力机放到你面前,你会向人们描述吗?   风力发电原理   ※风力发电示意图风力发电主要利用的是自然能源。相对柴油发电要好得多。但是如果是应急的话,还是不如柴油发电机。我们可以把风力发电视为备用电源,但却可以长期利用。   风力发电的原理就是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。依据目前的风车技术,大约是每秒三公尺的微风速度(微风的程度),便可以开始发电。现在,世界上已经形成了风力发电的一股热潮,因为风力发电不用考虑燃料的问题,也不会产生辐射或空气污染。风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行;我国的西部地区也在大力提倡。小型风力发电系统效率很高,但它不是只由一个发电机头组成的,而是一个有一定科技含量的小系统:风力发电机+充电器+数字逆变器。风力发电机是由机头、叶片、转体、尾翼组成。每一部分都有各自的功能,都非常重要。机头的转子是永磁体,定子绕组切割磁力线产生电能;叶片用来接受风力并通过机头转为电能;转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能;尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能。风力发电机因风量不稳定,所以其输出的是13~25伏变化的交流电,须要经过充电器整流,再对蓄电瓶充电,使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源,把电瓶里的化学能转变成为交流220伏市电,才能保证其稳定使用。机械连接与功率传递水平轴风机桨叶通过齿轮箱及其高速轴与万能弹性联轴节相连,将转矩传递到发电机的传动轴,此联轴节应按具有很好的吸收阻尼和震动的特性,表现为吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移,并且联轴器可以对机械装置的过载进行阻止。另一种风机电机类型就是直驱型风机桨叶不通过齿轮箱直接与电机相连。   ◎风力发电机的结构   塔:风力发电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势,因为离地面越高,风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔,也可以是格子状的塔。管状的塔对维修人员来说,是更安全的,因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。   机舱:风力发电机的关键设备就装在机舱内,包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风力发电机塔进入机舱。机舱的左端是风力发电机转子,也就是转子叶片及轴。   转子叶片:主要是用来捉获风,并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风力发电机上,每个转子叶片的测量长度大约为20米,而且被设计得跟飞机的机翼非常相像。   齿轮箱:齿轮箱的左边是低速轴,它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。高速轴及其机械闸:高速轴以1500转每分钟运转,并驱动发电机。它装备有紧急机械闸,主要是在空气动力闸失效时,或风力发电机被维修时使用。   低速轴:风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风力发电机上,转子转速相当慢,大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管,来激发空气动力闸的运行。   轴心:转子轴心是在风力发电机的低速轴上依附着。   发电机:通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风力发电机上,最大电力输出通常为500至1500千瓦。   液压系统:用于重置风力发电机的空气动力闸。   偏航装置:主要是借助电动机转动机舱,以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作,电子控制器可以通过风向标来感觉风向。通常,在风改变其方向时,风力发电机一次只会偏转几度。   电子控制器:包含一台不断监控风力发电机状态的计算机,并控制偏航装置。为防止出现故障(即齿轮箱或发电机的过热),该控制器可以自动停止风力发电机的转动,并可以通过电话调制解调器对风力发电机的操作员进行呼叫。   冷却元件:包含一个风扇,主要是用于冷却发电机。此外,它包含一个油冷却元件,用于冷却齿轮箱内的油。一些风力发电机还具有水冷发电机。   风力发电机主要是以下两种设计:水平轴风力涡轮机和垂直轴风力涡轮机。垂直轴风力涡轮机(VAWT)非常罕见。当前唯一的商业产品是Darrieus涡轮机,这种涡轮机就像打蛋器。   ◎垂直轴风力涡轮机   ※垂直轴风力涡轮机在垂直轴风力涡轮机中,在垂直轴上安装的是转轴,与地面垂直。与水平轴式的同类产品不同,垂直轴风力涡轮机始终都是与风向保持一致,因此当风向改变时就不用再调整;但垂直轴风力涡轮机不能自己启动,它需要电力系统的推动才能启动。它通常使用的是拉索而不是塔架进行支撑,所以转子的高度比较低。较低的高度意味着风速因地面阻碍而较慢,所以垂直轴风力涡轮机的效率与水平轴风力涡轮机相比,通常要低些。从好的一面来讲,所有的设备都处于地面高度便于安装和维修;但这也就意味着涡轮机的占地面积较大,对于农作物种植区来说,这是相当不利的。   风力涡轮机是在漂浮浮子上安装的,可以利用大海上更强大更持久的风力。但现在用这种浮子进行深水安装已经被证明了,是非常昂贵的,因为要使风机保持在水面上,就需要用到这些浮子,而这样的浮子是巨大的。   现在,法国的一个项目正在扭转涡轮机设计的方向,因为开发者所希望的是选择用一种低成本来替代。   法国石油和天然气工程公司德希尼布(Technip)公司和风力发电新创企业嫩驽伐公司(Nenuphar)后来发明了垂直风机(Vertiwind),这是一款两兆瓦的风力涡轮机,他们计划在2013年让其在地中海水域中漂浮。该项目采用的涡轮机,主旋翼轴(mainrotorshaft)是垂直设置,就像一个旋转的陀螺(spinningtop),而不是水平的,就跟传统的风力发电机组一样。   设计垂直轴的好处就在于它降低了涡轮机的重心。这款垂直风机的设计有100米高,而发电机重达50吨,被安装在一个密封管内,就在涡轮机旋转叶片的下方,海拔20米的地方。这样涡轮机看起来就不那么头重脚轻了,可以适用小得多的漂浮系统,该系统将只延伸9米到海面以下。   水平轴涡轮机则与此相反,它要具有相同的输出功率,叶片就也要达到100米高,需要使它的发电机在海拔60米的地方。德希尼布公司制造了一款浮子,用于23兆瓦的水平轴涡轮机样机,拥有样机的是挪威能源公司,也就是挪威国家石油公司,这款浮子在水面以下延伸了100米。   就是因为垂直轴,德希尼布公司生物燃料和可再生能源副总裁——斯特凡·希斯(StephaneHis)说“你节省了很多材料,但更重要的是,你简化了安装机器本身的过程。”   德希尼布公司和嫩驽伐公司计划建造两台垂直轴涡轮机,输出功率为每台2兆瓦,一台在陆上一台在海上,费用为2800万美元。这个数字仍然大大超过浅水涡轮机,这种涡轮机是在海底安装的(耗资约每兆瓦500万美元),但远远低于制造这台样机的大约7000万美元,这台样机属于挪威国家石油公司拥有,主要是用于制造、部署和正在进行的研究。   因为对垂直轴设计的追求,对垂直风机使用的技术几乎都是被弃用的,是陆上风力十多年前弃用的。垂直轴设计固有的属性是距地面低,通常无法与更高的水平风力发电机相匹敌,水平风机之所以可以捕捉到更强的大风,则是因为处在更高的海拔。   在海上,风速的增长不会那么依赖高度,在开阔的水面就不能比陆上,沃尔特·穆西尔(WalterMusial)说,他领导的海上风能研究活动属于美国能源部国家可再生能源实验室(NationalRenewableEnergyLaboratory),在科罗拉多州(Colorado)戈尔登(Golden)。   可是,穆西尔已经怀疑垂直风机追求的设计。很少有大型垂直轴涡轮机制成,都是有一个弯曲的叶片设计,连接到涡轮机的主轴,在顶部和底部都连接叶片,从而均匀地使负载分布于结构上,穆西尔说。但是,垂直风机将使用一种直叶片设计,只与中心轴连接,连接采用的是两个支座或支柱靠近叶片底部。   “这种叶片旋转时会弯曲,这是因为离心力,而这些连接的支柱承载了所有的负荷,”穆西尔说。“这些结合点会越来越受到重创,这就是这个设计最具挑战性的方面。”   嫩驽伐公司首席执行官查尔斯·斯马加(CharlesSmadja)说,他相信,这个设计会处理这种压力,所依赖的测试采用了一款35千瓦的样机,这一样机旋转速度更高。但是,斯马加承认,升级到两兆瓦的发电机组,将会提出新的挑战。他说:“你可以适当做的是在一个小尺度,可很难做到非常大的尺度。”   ◎Darrieus式垂直轴风力涡轮机   垂直轴风力涡轮机虽然即可以用于小型涡轮机,也可以用于在农村地区泵水,但所有商业生产的大规模风力涡轮机都是水平轴风力涡轮机(HAWT)。   ※风力发电场   顾名思义,水平轴风力涡轮机的转轴是水平安装的,且与地面平行。水平轴风力涡轮机需要使用偏航调整装置时刻根据风向进行调整。偏航系统通常包括电机和变速箱,主要是用于缓慢左右移动整个转子。涡轮机的电子控制器读取风向标设备(机械或电子风向标)的位置,并调整转子位置来尽力捕获最大的风能。水平轴风力涡轮机使用塔架将涡轮机组件上升到最适合风速的高度(这样叶片便不会碰到地面),并且对地面空间的占用也是非常少的,因为几乎所有的组件都是在高达80米的空中。   大型水平轴风力涡轮机组件:   转子叶片——捕获风能并将其转换为转轴的转动能;   转轴——将转动能转移到发电机内;   电子控制装置(未显示)——监视系统,用于在出现故障时关闭涡轮和控制偏航装置;   偏航控制器(未显示)——移动转子使其与风向保持一致;   制动装置——在出现电力超载或系统故障时停止转轴旋转;   发动机箱——主要是一个箱子,其中包含:   变速箱——用于增加转子中心和发电机之间的转轴速度   发电机——利用转轴的转动能,通过电磁性发电;   塔架——主要是用来对转子和发动机箱进行支撑的,并将整个装置上升到更高位置,使叶片不会碰到地面;   电力设备——从发电机向下通过塔架输送电流,还可控制涡轮机的多个安全部件。   从开始通过风力发电,到最后将电传送给需要的人。与主要依赖风力推动叶片运动的老式荷兰风车设计有所不同,现代涡轮机使用的是更复杂的空气动力学原理,从而以最有效的方式来捕获风能。风力涡轮机转子中的两个主要空气动力是上升力(与风向垂直作用)和阻力(与风向平行作用)。   ※风力涡轮机   在设计涡轮叶片的形状时,使用了机翼设计,非常像飞机翅膀。在机翼中,叶片的一面略有弧度,而另一面则相对比较平。上升是一种非常复杂的现象,实际上可能只有数学或物理学博士才能完全领会。不过我们可以采用一种简单的方法来解释上升现象:当风沿着顺风的叶片弧面经过时,它必须加快速度才能及时到达叶片末端,以追上从叶片逆风的较平面上(也就是面朝风吹来的方向)经过的风。由于移动速度较快的空气将在大气中上升,顺风的弧面上将出现低压团。低压区域向顺风方向吸引叶片,这就是所谓的“上升”效应。在叶片的逆风面,风速较慢,产生推动叶片的较高压力区域,使其减速。和机翼的设计比较相似,高升阻比对于设计高效涡轮叶片至关重要。涡轮叶片呈螺旋状,这样便始终可呈现出利用理想升阻力比的角度。对于上升力、阻力和机翼空气动力学的更多信息,我们可以参看飞机是如何飞上蓝天的。   在制造高效风力涡轮机的时候,空气动力学并不是唯一的设计考虑。尺寸也是很重要的——涡轮叶片越长(因此转子直径越大),涡轮可从风中捕获的能量越多,发电容量也就越大。通常情况下,如果将转子的直径加倍,则可将能量输出提高到原来的四倍。但是,在某些情况下,如在风速较低的地区,直径较小的转子可以比直径较大的转子产生更多能量,因为较小的装置用于转动较小发电机的风能较少,因此涡轮机可以几乎一直以满功率运行。影响发电容量还有一个主要因素,就是塔架高度。涡轮越高,所能捕获的能量越多,因为风速随高度提升而增加——地面摩擦和地面物体会阻碍风的流动。据科学家估计,高度每上升一倍,风速就会增加12%。   如果要计算涡轮机从风中实际产生的能量是多少,我们就需要知道涡轮机所在地点的风速和涡轮机功率。多数大型涡轮机在风速约15米/秒的情况下可产生最大能量。考虑到在风速稳定的情况下,转子直径决定涡轮机可产生的能量多少。我们需要记住的是,随着转子直径的增加,塔架高度也会增加,这也就是说将接触到速度更快的风。   大多数的大型涡轮机能够达到其额定功率,是在风速为15米/秒的情况下,而大多数的大型涡轮机要关闭,则是在20米/秒的情况下。有许多可在风速威胁结构时关闭涡轮机的安全系统,其中包括一种部分涡轮机所用的非常简单的振动传感器,这类传感器的基本组成是一个位于小底座上的与链条相连的金属球。涡轮机的振动如果开始超过某个阈值,球就会从底座上落下,从而拉动链条并触发关闭。   涡轮机中最常用的敏感性安全系统可能是一些受超过阈值的风速触发的“制动”系统。这些装置使用电源控制系统,当风速过高时启动制动装置,当风速下降低于20米/秒时“松开制动装置”。现代大型涡轮机设计使用多种不同类型的制动系统:   主动停止控制——这种功率控制系统的叶片可以调整角度,类似角度控制系统中的叶片。主动停止系统按照角度控制系统的方式读取功率输出,但不是调整叶片角度使其与风向不一致,而是调整角度使它们停止转动。   被动停止控制——叶片以固定角度安装在转子上,但设计使得叶片中的扭曲角度可在风速过高时对叶片进行制动。叶片具有一个特殊的角度,可在风速超过某一值时导致叶片的逆风面产生湍流,从而使叶片停止转动。简单地说,就是当面对风向的叶片角度过陡,以至于开始消除上升力,从而降低叶片速度时,空气动力学的作用就会停止。   角度控制——涡轮机的电子控制器监视涡轮的功率输出。当风速高于20米/秒时,输出功率将过高,此时控制器通知叶片改变角度,使叶片与风向不一致。这样做可以减慢叶片的转动。角度控制系统要求(转子上的)叶片安装角度是可调整的。   风能资源和经济   全球的风力涡轮机发出的电力在目前是相当于八个大型核电站。这不仅包括大规模的涡轮机,还包括为各家各户或企业发电的小型涡轮机(有时与光电太阳能一起使用)。一个小型涡轮机每年可以发电高达1.6千瓦·时,而一个典型美国家庭每年消耗电约1万千瓦·时。   如果是在比较理想的条件下,通常的大型风力涡轮机每年可产生高达18兆瓦电力或520万千瓦·时——足以为近600个家庭供电。然而,核电站和燃煤发电站的发电成本要比风力涡轮机低。既然这样,为什么还要使用风能呢?使用风能发电最主要的两个原因也是最明显的两个原因就是:风能是清洁的可再生能源。它不会像煤炭那样向大气释放类似二氧化碳和氮氧化物等有害气体,并且在未来短时间内是没有风能耗尽的危险的。使用风能发电还具有独立性,任何国家都可以在自己的国家发电而不需要国外的支持。对于中央无法供电的遥远地区来说,风力涡轮机就可以解决掉这个问题,给他们带来电力。   知识库·风能常用单位·   1.瓦特(W)——发电容量   1.兆瓦(兆瓦,100万瓦)风能每年可产生240万到300万千瓦时电力。   2.千瓦时(kWh)——1小时产生或消耗1千瓦(kW,1,000瓦)电力   任何事物都是两面性的,同样,风能也存在有一定的缺点。风速由于变化不定,所以风力涡轮机不能像其他很多类型的发电站一样始终以100%功率运转。如果你是在风力发电站附近居住,可能会发现风力涡轮机噪音很大,并且它们对鸟类和蝙蝠都存在危险性,如果要在土质密实的沙漠地区挖掘地面安装涡轮,就可能会对运动场造成侵蚀。相对来说,风并不是很可靠的能源,因此风速在减弱时,风力发电站的工作人员就必须用少量可靠、不可再生的能源来支持系统。也有一些人认为,使用不清洁能源支持产生清洁能源抵消了收益,但风电行业却宣称,维持风电系统稳定发电所需的不清洁能源跟风能发电所带来的好处相比,是存在一些差距的。   我们可以暂且不谈潜在的缺点,美国安装了大量的风力涡轮机,2006年的总发电容量超过9000兆瓦。该容量可发电约250亿千瓦·时,听起来似乎是很多的,但实际不到国家年发电量的1%。2005年,美国发电量划分如下:   美国当前每年总发电量约为36万亿千瓦·时。风能有潜力使其发电量远远超过年总发电量的1%。按照美国风能协会的说法,美国的风能潜力估计约为每年108万亿千瓦·时——大概相当于200亿桶石油包含的能量(当前全球的石油年供给量)。要在指定区域实现风能发电,小型涡轮机要求最小风速为3米/秒,大型涡轮机要求6米/秒。这样的风速在美国是很常见的,然而有很大一部分都没有得到很好地利用。   在谈及风力涡轮机的时候,最主要的问题就是如何布置。在对地区的风力强弱有所了解之后,确定具体的风速是多少,以及以这样的速度风可以持续多长时间是建立高效风力发电场的关键决定因素。风的动能和它的速度是成正比且以指数级增加,所以,实际上,风速的略微提高就意味着发电潜能的巨大提高。根据以往的经验,风速加倍将使发电潜能提高8倍。因此,从理论上来说,如果一台涡轮机安装在平均风速为12米/秒的地区,那么它所产生的电力将8倍于安装在平均风速为6米/秒的地区的涡轮机。我们之所是把它称之为“理论上”,主要是因为在现实世界中,涡轮机可从风中提取的能量是有限的。这就是所谓的贝兹极限,该值约为59%。但风速的极小数值的增加仍然可以导致电力输出的极大增加。   ※Raheenleagh风力发电机的构成   和大多数的其他能源生产领域一样,一旦提到从风中捕获能源时,人们所考虑的重点就是效率。最经济高效的风能使用方式就是利用成组的大型涡轮机(称为风力发电场或风力发电站)。最常见的大规模的风力涡轮机功率在700千瓦到18兆瓦不等,人们把它们组合到一起以便从风力资源中得到最大电力。在风速高的农村地区它们的安装位置间隔的通常都比较远,水平轴风力涡轮机的占地面积小,这就说明它几乎不会影响耕地的使用。风力发电场的发电容量在数兆瓦到数百兆瓦不等。Raheenleagh风力发电场是世界上最大的风力发电场,它位于爱尔兰海岸。在满功率(目前它以部分功率运行)下,拥有200个涡轮机,总发电功率520兆瓦,建造它耗资约6亿美元。   由于涡轮机在制造和安装方面的技术和设计都得到了进一步的改进,在最近20年间,大规模的风力发电成本已明显下降。在20世纪80年代初,风力发电成本约为30美分/千瓦·时。2006年,在风力非常充足的地区下,风力发电成本仅为3到5美分/千瓦·时。在一段时间内,安装涡轮机的给定地区的风速越高,涡轮机的发电成本就越低。美国平均风力发电成本为约4到10美分/千瓦·时。   现在也有很多的大型能源公司提供“绿色定价”方案,允许客户为每千瓦·时支付更多金额来使用风能,而不是来自“系统电力”的能源,所谓的系统电力是指地区中生产出来的所有电力(包括可再生和不可再生)。如果你选择购买风能而且也在风力发电场附近居住,那么,你在家中使用的电可能确实是由风力所产生的;通常,你支付更高的价钱以支持利用风能的成本,但家中使用的电仍来自系统电力。消费者可以在能源市场解除管制的州,直接从可再生能源供应商处购买“绿色电力”,这样一来,在家里他们所使用的电力肯定来自风能或其他可再生资源。   ※小型风力涡轮机系统   为了满足自己的需要,就可建立一个小型风力涡轮机系统,这样就可以确保您使用的能源清洁且可再生。住宅或企业涡轮机安装成本在5000美元到8万美元不等。大型涡轮机的安装成本高出很多。一个1.8兆瓦涡轮机安装耗资高达150万美元,其中还不包括土地、传输线及其他与风能系统相关的一些基础结构成本。总体来说,风力发电场成本约为1000美元/千瓦,因此7个1.8兆瓦涡轮机组成的风力发电场成本约为1260万美元。按照美国风能协会的说法,大型风力涡轮机的“回报时间”——产生足够电力以补偿建造和安装涡轮所耗能量所需的时间约为3到8个月。   为完善风力发电系统的经济可行性,政府大力鼓励大规模和小规模的生产商积极做贡献。下面介绍一些当前对可再生能源系统的经济鼓励计划:   生产税减免:基本上,在风力发电场建立和运行的前10年中,风能发电机(通常是企业级)对生产用于批发配电的电力可获得18美分/千瓦·时(2005年12月)。   安装税减免:联邦政府和一些州对建立可再生能源系统的费用提供减税。例如在马里兰,如果能源供应建造满足某个整体“绿色标准”,政府将为企业或土地所有者减免25%的风力涡轮机系统的购买和安装成本。   可再生能源配额:现在有很多的州对电力公司提供可再生能源配额,这些公司必须购买一定比例的可再生资源的电力。如果自己拥有涡轮机,并且所居住的州有“绿色配额计划”,那么对于一年内生产的每兆瓦·时可再生能源,他就可以获得可交易的配额。然后他可以把这些配额卖给希望达到所在州或联邦可再生能源配额的大型传统能源公司。   净计量:在这一系统中,生产可再生能源的个人和企业对于生产出的超出自己需要的每千瓦·时可获得配额。如果有些人所生产出的电力超过自身所需求的电力时,他的电表就会出现反转现象,且会把多余的电力发回电网。他也将会获得发回电网电力的配额,作为他的涡轮机无法为家庭或企业提供足够电力时从电网获得电力的付款(许多大型能源公司对于这一程序不太关心,因为他们主要以零售价购买各个生产者的风能,而不是支付给风力发电场的批发价)。   政府虽然一直在资助风能的发展,但现在它已经成为一个具有竞争力的产品了,从多方面来看,它都可以作为一种独立自主的能源来源。贝特尔太平洋西北实验室(一个美国能源部科学技术实验室)估计,在完全依赖风力资源的情况下,风能可提供美国20%的电力。美国风能协会则将这个数字提升到理论上的100%。不管是哪个估计正确,在短时间内,美国都不会达到这样的水平。美国风能协会计划到2020年,风能将提供全美所有电力的6%。美国目前虽然拥有世界上最大的风能基地(以净瓦数来说),但与其他的发达国家相比,仍然有些落后。德国目前风力发电占8%,而西班牙为6%。丹麦对清洁能源的使用是处于世界领先地位的,它的风力发电超过20%。   ◎风力发电技术的发展和特点   风能是一种储量巨大而且也非常重要的能源,它清洁、安全,也可以提供源源不断、稳定的能源。在目前,利用风力发电已成为风能利用的主要形式,其发展速度也是最快的,受到了世界各国的高度重视。   风力发电的运行方式主要有三种:一是独立运行方式,通常指的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,是为了保证在没有风时的用电;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,常常是一处风电场安装几十台甚至几百台风力发电机,这是风力发电在未来的主要发展方向。   风力机和发电机是风力发电系统中两个主要部件。风力机向着变浆距调节技术,发电机向着变速恒频发电技术,这是风力发电技术未来的发展趋势,也是当今风力发电的核心技术。下面简单介绍这两方面的情况。   1.风力机的变浆距调节   风力机捕获风能,主要是通过叶轮,然后将风能转换为作用在轮毂上的机械转矩。   对于变距调节的方式,主要是通过改变叶片迎风面与纵向旋转轴的夹角,从而使叶片的受力和阻力受到影响,限制大风时风机输出功率的增加,保持输出功率恒定。采用变距调节方式,风机功率输出曲线平滑。如果是在额定的风速以下,则控制器会将叶片攻角置于零度附近,不做变化,近似等同于定浆距调节。如果是在额定风速以上,变浆距控制结构发生作用,调节叶片攻角,将输出功率控制在额定值附近。变浆距风力机的起动速度较定浆距风力机低,停机时传递冲击应力相对缓和。如果是处于正常工作的状态时,主要是通过功率来控制的,在实际的生活应用中,功率与风速的立方成正比。比较小的风速变化就可能会导致比较大的风能变化。   变浆距调节风力机由于受到的冲击与其他风力机相比,要小得多,但是可以减少材料使用率,降低整体的重量。且变距调节型风力机在低风速时,可使桨叶保持良好的攻角,比失速调节型风力机有更好的能量输出,所以在平均风速比较低的地区安装比较合适。   变距调节还有另外一个优点,就是当风速达到一定值时,就必须停止对失速型风力机的使用,而变距型风力机可以逐步变化到一个桨叶无负载的全翼展开模式的位置,避免停机,增加风力机的发电量。   变距调节对阵风反应要求灵敏,这是它的一个缺点。失速调节型风机由于风的振动引起的功率脉动比较小,而变距调节型风力机则比较大,特别是对于采用变距方式的恒速风力发电机,这种情况就更为明显,这样不要求风机的变距系统对阵风的响应速度要足够快,才可以减轻此现象。   2.变速恒频风力发电机   变速恒频风力发电机通常采用的是交流励磁双馈型发电机。它的结构与绕红型感应电机很相似,只是转子绕组上加有滑环和电刷,这样一来,转子的转速与励磁的频率有关,从而使得双馈型发电机的内部电磁关系不但和异步发电机不同,且和同步发电机也不一样,但是它却具有异步机和同步机的某些特性。交流励磁双馈变速恒频风力发电机不仅可以通过控制交流励磁的幅值、相位、频率来实现变速恒频,而且也可以实现有功功率和无功功率的控制,对于电网来说,还能起到一定的无功补偿作用。   交流励磁变速恒频双馈发电机系统的优点如下:   机组控制更加灵活、方便,提高了机组运行效率;允许原动机在一定范围内变速运行,不但简化了调整装置,而且也减少了调速时的机械应力;调节励磁电流幅值,可调节发出的无功功率,调节励磁电流相位,可调节发出的有功功率;需要变频控制的功率只是电机额定容量的一部分,使变频装置体积减小,成本降低,投资减少;应用矢量控制可实现有、无功功率的独立调节。   ◎风力发电机润滑油的性能指标   微点蚀保护   一般情况下,变速箱采用的是紧凑型设计,其中包括齿轮的表面硬化设计,是为了最大限度地减少塔身上部的重量。经过表面硬化处理(渗碳、氮化、感应和火焰淬火)的齿轮在复杂的气候条件和运行负荷下是很容易受到微点蚀(Micropitting)的影响的。所以在选择齿轮润滑油时必须拥有防止此类磨损的功能。   微点蚀主要是发生在齿轮和滚动轴承上,它是一种表面磨损现象。运转在开始后的几个小时内,微点蚀作用就能引起表面的开裂。这些细微的裂痕以与表面成浅斜角(通常小于30度)的状态不断扩大,继而形成直径在10微米以下的微点。它们在这些微点的共同作用下,表面的裂痕就又会被继续扩大。一个微点大小在5微米到20微米之间,深度最高达10微米,这样大小到底是什么概念呢?我们来做个比较,一根头发大概40微米粗,所以人们用肉眼是没有办法看到它们的。我们可不能小看这些看起来虽然有点小的微点,它们却可以降低轮齿的吻合度,严重时则会造成齿轮断裂。   维护人员要使用专门用来防止微点蚀的润滑油,主要是为了尽量避免意外停机和更换齿轮造成的损失。齿轮润滑油对微点蚀的保护功效的高低是一般通过FVA54微点蚀测试(FVA54MicropittingTest)来测量的。   该测试包括两部分:6次递增负荷和高负荷耐久实验。前者每次运转16小时;后者则是80小时。这两个测试都在每分钟1500转的转速下进行,并且使用专门用于微点蚀测试的C型齿轮(C-facedgears)。   根据齿形的吻合程度、微点蚀区域所占的比例以及重量损耗情况,润滑油可以分为不同的等级,主要是用数字和高、中、低耐久性来表示。各大齿轮生产商都会建议维护人员使用至少是“=10高”(=10high)等级的润滑油。   但大家要注意就是,二次注油无法修复之前已经发生微点蚀的齿轮。但是如果一旦更换齿轮后,注入的润滑油就可以帮助提高生产效率并延长新齿轮的使用寿命。   ◎抗磨损和轴承保护   磨损主要是由于滑行齿面间的材料移动所造成的。当齿轮油的油膜厚度不够时就会造成齿轮间金属部件的接触。如果磨损一直持续下去,齿轮就不得不过早地更换了。   FZG磨损测试(DIN51354-2mod)利用标准的齿轮机组在不同的温度和速度下测试抗擦伤和抗磨损性能。润滑油的等级主要是根据其失效级数(FLS)来定的。美孚建议维护人员应该使用失效级数(FLS)大于14的润滑油。   导致变速箱停机还有一个最常见的原因,那就是由于润滑油质量差而导致轴承损坏。   风机齿轮油的FAGFE8四级测试可在不同的负荷、速度和温度条件下对轴承上润滑油的性能进行测试。该测试可以分为:磨损测试、混合摩擦、使用期限测试和油泥测试四级。润滑油的等级由这四级测试的总体结果从1到5不等。1级所表示的是该润滑油可以为轴承提供极佳的保护。   ◎粘度   粘度就是指润滑油在各种高温和低温环境下保持其粘稠性的能力。风机的运行环境是非常恶劣的。寒暑交替、昼夜轮换,风机的工作环境有时会高达80摄氏度,有时又会低至零下45摄氏度。为了确定润滑油是不是能够经得住温度的剧烈变化,维护人员可以对产品的粘度指数进行评估。   粘度指数可根据ASTMD2270标准进行测量,它反映了润滑油的粘度对温度变化的抵抗能力。美孚建议维护人员应该选择粘度指数在160或160以上的产品。   合成润滑油较其他矿物油基润滑油具有更为突出的粘温性,并且在很多温度环境下都有卓越的润滑能力。   所以,在变速箱油中合成润滑油的使用是非常广泛的。   知识库·风力发电机叶片的形状有哪些,各有什么优缺点·   叶片的形状(翼型)主要有变截面叶片和等截面叶片这两种。   变截面叶片在风力发电机叶片全长上各处的截面形状及面积都是不同的,等截面叶片则在其全长上各处的截面形状和面积都是相同的。   作用在叶片上的风矢量是空气流动的主方向和叶片旋转方向的矢量和。   叶片旋转方向的风速不仅与叶片的转速有关,还与叶片的位置有关(v=wr)   可见叶片上各处风矢量的方向和大小都是不同的。   在某一转速下通过改变风力发电机叶片全长上各处的截面形状及面积,使叶片全长各处的攻角相同,这就是变截页面设计的初衷。可见变截面叶片在某一风速下及其附近区域具有最高的风能利用效率,脱离这一区风能利用效率就会显著下降。   等截面叶片在任何风速下总有一段叶片的攻角处于最佳状态,因此在利用的风速范围内等截面叶片的风能利用率几乎是一致的。   一段叶片的效率总不如叶片全长的效率高,所以在变截面叶片的最够效率风速点及附近区域的风能利用率要远高于等截面叶片。   等截面叶片的制造工艺远优于变截面叶片,特别是在发电机组功率较大时变截面叶片几乎是很难制作的。   还有一种带变桨器的叶片。这种叶片在其全长上各处的截面形状及面积都是固定的。在不同的风速下通过变桨器给予叶片不同的扭曲度以实现攻角的优化。它的效率介于上述两种风力发电机叶片之间。但这种叶片要很好地优化韧性与强度的关系。这种叶片至今没有得到大面积推广。   1.哪个国家使用风力发电机比较先进?   2.风力发电机最早出现在什么地方?   风力提水和风力致热   ※风力提水人类利用风能的方式有很多,而风力提水是主要的方式之一。根据提水方式的不同,风力提水机可分为两大类:风力直接提水和风力发电提水。按使用技术指标,可分为三种类型:高扬程大流量型、中扬程大流量型、低扬程小流量型。   (1)高扬程小流量风力提水机组,主要是由低速多叶式风力机与单作用或双作用活塞式水泵相匹配形成的提水机组,风轮直径2~6米,扬程10~100米,流量05~5米/小时。   (2)中扬程大流量风力提水机组,则是由高速桨叶匹配容积式水泵组成的提水机组,风轮直径5~6米,扬程10~20米,流量15~25立方米/小时。主要是用于提取地下水,进行农田灌溉或人工草场灌溉。多数都是流线型升力桨叶风力机,其性能比较先进,适用性也比较强。   ※风力提水   (3)低扬程大流量风力提水机组,指的是由低速或中速风力机与钢管链式水车或螺旋泵相匹配的一类提水机组。它不仅可以提取河水、海水等地表水,而且还可以用于盐场制盐、农田排灌、水产养殖等作业。机组扬程为05~3米,流量可达50~100立方米/小时。风力提水机的风轮直径5~7米,风轮轴的动力主要是通过两对锥齿轮传递给水车或螺旋泵,从而带动水车或水泵提水。这种类型的风力机的风轮可以做到自动迎风,一般采用侧翼-配重滑速机构进行自动调整。   ◎风力致热   ※风力致热   随着社会经济水平的不断发展,人们的生活水平也在不断地提高,家庭用热能的需要越来越大,特别是在高纬度的欧洲、北美,取暖、烧水是耗能大户。为了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”示意图   所谓的“风力致热”,也就是将风能转换成热能。目前的转换方法有三种。一是风力机发电,再将电能通过电阻丝发热,变成热能。电能转换成热能的效率虽然是100%,但风能转换成电能的效率却是非常低的,所以如果从能量的利用角度来看,这种方法是行不通的。二是由风力机将风能转换成空气压缩能,再转换成热能,也就是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。三是将风力机直接转换成热能。很明显,第三种方法的致热效率是最高的。风力机直接转换成热能的方法也有很多。搅拌液体致热是最简单的方法,就是风力机带动搅拌器转动,从而使液体(水或油)变热。“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。另外,还有固体摩擦致热和涡电流致热等方法。   现在,大规模的利用风能、太阳能等一些可再生能源已成为世界各国的重要选择。在可再生能源中,风能是发展最快的清洁能源,如果将开发可再生能源与提高能源使用效率结合在一起,将对减少温室气体排放、全球经济发展和解决贫困人口的能源问题等做出不可估量的贡献。   知识库   在我国西北部、北部草原牧区为人畜提供饮用水或为小面积草场提供灌溉用水。此类风力机的风轮能够自动对风,并采用风轮偏置-尾翼挂接轴倾斜的方法进行自动调速。风力提水系统(风力提水泵站)主要由水泵、风力提水机、控制室、蓄水与输配水系统、用水终端等组成。   1.风力提水是什么原理呢?   2.太阳能和风能的原理一样吗?   3.风力提水给人类带来了怎样的便捷?   风力制氢   氢能被人们称为21世纪最理想的能源,它的优点有很多,如重量轻、热值高、无污染、来源丰富和应用面广等等。而风能的开发利用有了新进展,在新能源中风能也占有重要的地位。据计算,地球上的风能约相当于10800亿吨煤所具有的能量。这一数值约为目前全世界一年消耗能量的100倍。   ※风力制氢   知识库   斯坦福大学环境系副教授马克·雅各布森等人以1999年美国的机动车保有总量为基础,假设所有燃烧石油等化石燃料的机动车都由氢燃料电池车辆取代,并用数学模型计算这一转型在经济、健康、生活环境和气候变化等方面可能产生的影响。研究人员按氢的来源将氢燃料电池车辆分成三种:由风力发电-电解水取得氢、由天然气重整取得氢、由煤炭气化取得氢。他们设想分别以这三种氢燃料电池车完全取代1999年美国所有的机动车,同时也设想用混合动力车辆代替当时的机动车,以进行比较。结果发现,三种氢燃料电池都能显著降低机动车废气,减少空气污染,并减少全社会的健康开支。   其中,以风力发电—电解水所取得的氢的效果是最明显的,可在有效降低汽车排放的对人有害物质的同时,降低社会因气候变暖而付出的开支。天然气重整取得的氢虽然会对二氧化碳的排放有所减少,但是却增加了另一种温室气体——甲烷的排放。虽然煤炭气化取得的氢减少了全社会健康方面的开支,但是却使气候变暖的开支大大增加,而混合动力车辆却恰好与之相反,它虽然减少了气候变暖的开支,但却由于废气的污染比较严重,使健康方面的开支有所增加。   ※氢经济   所以一些研究人员就认为,风力发电—电解水取得的氢是“氢经济”最好的实现形式。如果美国全社会都用这种氢燃料电池车辆取代机动车,那么该国每年因空气污染而患病死亡者就将减少3700至6400人,而氢的价格将是每加仑(约3.8升)1.1美元至3.2美元之间,甚至会比汽油的价格都要低。   目前,在丹麦日德兰半岛安装的风力发电机是世界上最大的风力发电装置,它的发电能力达2000千瓦。俄罗斯还在研究试验一种由气球运载的利用10千米高空风力发电的发电站,发电容量为2000千瓦。   研制出成本低的制氢技术是应用氢能的最关键所在。1989年,美国太平洋能源公司发明了能大量生产廉价氢燃料的新技术,可用自来水、雨水、海水等任何水制氢。它的方法就是,在水中加入一种价钱便宜的化学催化剂。用这种方法分解出来的氢,成本是非常低的,所以就成为了世界上最便宜的燃料。   美国已经成功研制出了世界上第一辆以氢为燃料的汽车,它可以将60%~80%的氢能转换成动能,其能量转换率比普通内燃机要高一倍以上。德国宝马汽车公司在“1996年世界氢能大会”上提出了研制新型小轿车的计划。这种小轿车是由高效率的氢燃料电池驱动,加注一次燃料可行驶1000公里。洛杉矶已经成为美国应用氢的示范区,计划在近几年内要把10万辆汽车改用氢燃料作动力。21世纪初,氢燃料汽车已经得到迅速的发展,而且也会成为汽车家族中的领头羊。   现在的风力发电机并网模式还存在有一些不足和缺点:   大家都知道,在最近几年来,一直都在发展风电,并且也有大规模的资金扶持,几万千瓦级、几十万千瓦级甚至千万千瓦级的风电场相继大量上马,不但从国外引进了一些先进的大型发电机组,还在国内大量的制造更多的大型风力发电机组,根据近几年的情况来看,制造风力发电机或引进风力发电机的企业是有很大的收获,而且其收益也是不可估量的,而接受和运行、管理这些机组的企业(风电场)的实际情况,却并不是那么乐观。   然而在风电场把这些风力发电机组竖立过后,它发电的实际效益究竟怎么样呢?是不是跟预期的效果一样?是不是就像报道的那样,产生了巨大的经济效益?有多少绿色的风电进入了人们的生活?人们又少烧了多少煤炭?减少了多少二氧化碳的排放?   对于这些具体而又详细的问题究竟怎么样?迄今为止,还没有人可以给出实际认真的报道和评论,对这些问题,大家都是比较关注的。但最近关于风能的通讯,又有很多不那么乐观的消息。比如:因为风能、风况的大小与大电网用电高峰的不同步,而在电网高峰需要大量电力时,风电场却并不能及时地提供,而电网本身在处于“用电低谷”时虽然风电并网了,但是并没有什么实际的经济效益,有些人就说,像现在以这种方式投资的风电场,要想把投资收回最快也得在50年以上,很有可能也会在百年以后了,实际上,所利用风电的投入与产出的效益肯定是不高的。   此外,如果有大容量的不稳定的风电并入电网时所引起的电网电压的大幅度波动,而为了调控和抑制这种大量电能的波动,就还得建造比风电场总容量大2~3倍的“调压控制电站”(当然是常规能源的电站了)来解决风力发电输出电能不稳定的问题,而这些调控电站需要更多的常规能源来支持,大家不防来算算看,本来是想通过利用风能节省大量的常规能源,结果却加大了常规能源的使用,与人们的初衷截然相反。   大家都不用怀疑,现在的大型风电场直接并网的方式是因为缺少了一个大型的“储能、调控”环节,电网是不欢迎也不愿意接受不稳定的风电的。   那么要是加上这样的一个系统呢?这样看起来好像也并不现实,实用技术方面有“抽水蓄能”方式,这是一个成熟的技术方案,但是由于受到特定条件的限制,首先就要有大是的水源,还要有合适的地形高差,才能够实现利用水流的落差能量进行调控发电,这样就可以得到稳定的可控制的电能,从规模上来看,差距也是非常大的。我们可以举一个很现实的例子,拿现在已经规划和建设中的三个国内最大的“千万千瓦级风电场”来说,都是在极度缺水的地区(两个在内蒙一个在甘肃酒泉),平坦的地形(风能资源好的地方都是平坦的地形、地貌),也没有落差高的地形环境,所以不能应用,能够使用“抽水储能”方式调控风电的方式不可能大规模采用,仅仅可以在那些规模比较小的、特殊的、有条件的地区才行。   那么,使用蓄电池会怎么样呢?铅酸电池肯定是不行的,它们没有这么大的功率容量,并且价格也特别贵,如果大量的使用还会造成铅污染问题;而镍氢电池与锂离子电池受限于这两种元素的数量限制(全球的储量也是不多的)和特别昂贵的价格的限制,也是不能够采用的;最近还有全钒氧化还原液流电池在研发中,但是在多次的还原过程中出现的离子膜污染问题一直也没有得到很好地解决,对于达到实用的程度却还需要很长的时间,究竟商业化的应用对环境有没有影响,到现在还是个未知数。   而其他的储能方式,如压缩空气储能、飞轮储能等等都是因为其效率非常低、容量也太小,终究也是不能用的,这看起来似乎没有办法可循了。   新的出路——风电制氢方式:   根据召开的哥本哈根会议,足以说明全球都在关注环境,更确切地说就是“碳减排”的问题,要怎么从根本上来解决这些问题,有些人认为“必须改变现在的碳能源方式、转化到氢能源方式”才能使问题得到最根本的解决。   现代社会能源的基础如煤炭、石油、天然气还有正在开发的可燃冰等等,在目前占我们使用的能源的绝大部分,这些都是以碳元素进行能源转化和能源利用的,且这些能源最大的特点就是,它们是只能一次性使用的传统化石能源,是不能够循环再利用的,用完就没有,如果不对这种方式进行改变,根本就谈不上改变全球的“碳排放”,其实除了碳能源的方式外还有氢能源方式,这是一种可循环、可大规模利用、也是最干净的能源方式。   这种方式是非常简单的,只需要将水进行电解就可以得到氢和氧两种气体,一公斤水完全电解后可以得到1/9公斤氢气和8/9公斤氧气还有0.3/10的固体物(拿海水来说,固体物就是海盐),这是一种相当成熟的技术,以前总认为是需要消耗大量的电力,以前的技术水平是要消耗5度电才能够电解出1立方米氢气,而最近有关报道说电解产氢气一立方米只需要2.5度电能的新技术已经问世,同时,还有一些人认为只要继续进行电解技术研发,还可以使耗电量大幅度降低。   我们不妨可以转换一下角度,利用大规模的风电进行大规模的电解水制氢,会得到大量的最干净的能源——氢气,1公斤水电解后不但可以得到1/9公斤的氢气(1立方米)并且还可以得到8/9公斤的氧气(0.45立方米)和0.3/10公斤的盐。   如果有了风电制氢产生的这些氢气能源(数量不小),我们就可以进行大规模的能量储存,既解决了现在模式的风电并网难题而且又不会对环境产生任何的影响。   氢气能源可以直接用来大规模的发电、可以管道长距离的输送、也可以长时间储存,更可以提供给汽车、火车、飞机、轮船等移动的交通运输工具使用,氢气在燃烧利用后,除了产生能量外,只产生水蒸气,经过冷凝后就是纯水,这确实是一种最环保、最清洁的能源。   地球上的水占有70%的面积,作为一种能量的转换物质,可以说是取之不尽、用之不竭的,风电在这里只是起到了一种能量的转换,将巨大的风能资源,通过风力发电→电解海水→制氢制氧→氢气能源→发电、制热、炊事、取暖、交通工具使用等过程后又变成了水,这些水又返回到大自然的水系统循环中,在下一次的能量转换循环中再利用。   对于目前所处的风电困扰,我们只要稍微地转换一下角度,将这样大量由风能产生的廉价电能转化为氢能源,从根本上脱离原先的碳能源模式,进入到氢能源模式,这才是把新能源引入到了一条光明大道,也是最环保的能源利用的境界,除了这些是没有其他好的途径的。   也许有人会认为,这里所介绍的方式离我们很遥远,但我们可以从下面几个方面分析一下,讨论一下,以经济效益和技术层面的方式做一下解释:   经济效益分析:   氢气具有很高的燃烧热值,除核燃料外,氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的,为142351千焦/千克(32352大卡/千克),是汽油发热值的3倍。   氢气的比重小,纯氢的密度仅为空气的1/14,为0.0899克/升。   1立方米(合1000升)氢气重89.9克,热值为12797.355千焦(2956大卡)。   1公斤水电解后不但可以得到1/9公斤的氢气并且还可以得到8/9公斤的氧气和0.3/10公斤的固体物。   我们就以千万千瓦级风电场来说,假设是满发,1小时就是1千万度电,用2.5度电能产生1立方米氢气,就可以得到4百万立方米氢气,1立方米氢气的热值是2956大卡,标煤的热值是7000大卡,大约2.4立方米氢气的热值相当于1公斤标煤的热值,拿4百万除2.4得1666666.6公斤标煤(我国是按煤当量“标煤”计算热值的),相当于1600吨标煤的热值能量,(市场上的优质煤炭热值一般是5500大卡计算)相当于2100吨优质煤炭的能量,也就是说“千万千瓦级的风电场”1小时所发出的电力进行风电制氢模式,就能够产生2000吨优质煤炭(按煤当量计算)的热值能量,24小时就能够产生相当于4.8万吨优质煤炭热值能量的氢气能量,就算是只有50%的效率,每天也有2万吨优质煤炭热值的氢气能量,一年就是720万吨优质煤炭能量(2万吨乘以365天)。   对于这些氢能源,我们也可以进行储存的,它不但可以直接提供给发电厂发电(燃气轮机方式,省去烧蒸汽的环节最好),产生的电力在电网高峰需要时大量的并入电网(这是高质量的特别平稳、可调、可控的电流,是电网十分欢迎的高质量电能),得到比较好的经济效益,又可以在电网低谷时脱离电网,把氢气给那些大量使用氢能源的汽车、火车、飞机、轮船等移动交通工具,很快收入就会达到很高水平,或者是通过管道的方式输送到大城市,提供给千千万万的家庭炊事使用,这种模式就是所谓的氢能源模式。   在利用电解制氢的同时,除了产生单项的氢气外,还有8/9的氧气产生(纯氧),每产生1立方米氢气,同时就可以产生0.45立方米氧气,在产生400万立方米氢气的同时还产生160万立方米的氧气,这些氧气也是可以直接卖的商品,大量的机械加工企业的钢铁切割和有色金属的焊接就需要大量的氧气,其他像化工还原、污水处理和医疗卫生方面都需要大量的氧气,在高效“燃料电池”工作时也需要大量的氧气,现在市场上一瓶氧气(容量6~8立方米)已经卖到15~20元了,160万立方米氧气,每瓶装8立方米就是20万瓶氧气,价值400万元,这仅仅是这个风电场1小时电解水产生的氧气效益,24小时就是9600万元的氧气收入,一年仅凭氧气就可以收入近300亿元,打一半折也有150亿的氧气收益,对于这种实实在在的产生氧气的收益也是风电制氢效益的一部分。   如果这种方案能够得到实现,还应该有意的将一部分氧气排放到大气中,以补充大量的、各个方面的氧气消耗,大量的氧气排入地球大气,还可以修复臭氧空洞(大量的氧气在太阳紫外线照射下可以转化为臭氧,修补臭氧空洞),从而为全球的环境保护做出不可估量的贡献。   另外,在电解水时还可以使大量的热能得以回收,这是因为在电解的过程中,会有一部分的能量变成热能,这些热量可以通过热交换器置换出来,既提高了电解的效率,又得到了一大部分的热能,夏季可以为洗浴提供热能等,冬季可以取暖、供鱼池加温等,可以说具有很广泛的用途。总而言之,这也是一种很有价值的能源,也是风电制氢、制氧同时的副产品,经济效益也是很实在的。   其实,电解水制氢的过程中也是对水的浓缩过程,可以举个例子,如海水,其含盐量是3%,1公斤海水中含盐30克,每小时制氢400万立方米时需要消耗海水约400万公斤合4000吨海水,每吨海水中含盐300公斤,就算是只提炼出来一半,也是150公斤,4000吨乘以150公斤等于60万公斤=600吨(1小时的产量),这又是一种伴随着制氢过程中产生的副产品,都是利用风电产生的,也是一种有实际价值的产品。   风电制氢可以大幅度降低风力发电机组的造价和技术难度:   风力发电机所产生的电能用来制氢的模式与并网的模式,这两种模式在技术和成本上的差距是非常大的,特别是制造成本的差距最大,如一台1000千瓦的风力发电机组,如果采用的是传统的并网模式,那么就必须加上高精度的电能控制设备(千瓦级容量的电子调控设备),需要将风电调整到与电网一致的电压、周率、波形、相序,还要调整有功和无功功率,达到电网最基本的并网需求,才能够并入电网,这些都是大功率的电子调控设备,价格不但极高,而且又是非常容易损坏的,这部分占到整个机组造价的50%左右,现在的1000千瓦机组的市场价大概是800~1000万元/台。   尤其是在利用风能的效率方面,差距就更大了,在风速小的时候,并网模式产生的电能不够,不能并网,风速太大时,并网发电机组因为安全问题会进行“自动保护动作”(就是在极短的时间里甩掉负荷,保护发电机组不会损坏)突然脱离电网,这也是电网令人难以满意的地方,巨大容量的电能突然脱离电网,会造成电网电压的大幅度下降,使整个电网的平稳受到影响,进行了“自动保护动作”的发电机组在这个时候也不用再去谈什么效率、效益了,这样算下来,真正的发电效率(实际送入电网的真正起作用的电能)是很低的,相对于制氢模式来说是一个“质次价高、投入大、产出小”的很差的方式。   可是,利用风电制氢就大不一样了,风力发电机发出的风电只需进行最简单的变压、整流处理(很成熟的技术,设备的配件随处可以购买到),将电压通过变压器调整到所需电压,交流电整流为直流电就可以了,而不需要那些昂贵的高精度的电子、电能调控设备,同时,不管是什么样的风速,只要发电机发电就能够利用,如果风小电量小,电解的氢气数量较少,反之,如果风大电量大,就会产生很多的氢气,在整个的发电制氢过程中所有的电能都可以全部的转化为氢气,只不过是转化的快慢不同罢了,这样的制氢风力发电机组最少比并网机组便宜一倍甚至更多,大概花费300~500万元/台即可制造出来,成本降低的空间也是很大的。   有人粗略估算并分析了这两种模式的差别,风电制氢模式至少要比风电并网模式的电能利用效率高达3倍以上,用最直白的话说,“1台1000千瓦的风力发电机组,进行风电制氢模式时产生的真正有价值的能源,大于或者等于3台并网模式机组”。   因此,综合分析这两种模式的风能利用效益(能源和产品),投入和产出比,两者相差4~5倍甚至更大,单从经济效益的分析来看,我们也应该大力发展风电制氢的这种模式。在风力发电机组简化控制方面,风电制氢模式还有特别好的辅助性能:电解设备和风力发电机经过连接后,在制氢时实际上就组成了机组的“功率阻尼器”,也被称为电力制动器,随时在调整风力发电机的“出力”(功率输出),当风速变大时,这些电能功率就会自动地加大产氢气的数量,而在风速变小时可以“随时减少机组的出力”,从而降低产生氢气的数量。   在利用风能方面,值得大家关注的就是“风力发电机的出力与风速是3次方的关系”,也就是说当风速增大一倍,功率就增大8倍,这也就是风速为什么在特别大时,风力发电机需要快速卸载进行保护的原因,因为功率的变化幅度太大,速度又太快,如果在很短的时间里不能够“卸载”,机组肯定会被超大的风能能量损坏,而制氢方式正好可以迅速的对功率进行快速调整,比如1台机组供应3台制氢电解罐,如果是在小风、中风时,则只需要有1台电解罐工作就行,在大风时2台罐工作,在电解时风速变化小时仅仅是产氢气的速度变化,风速瞬间变大为台风时,3台电解罐同时是在最大负荷状态下工作,利用“电力制动”效应拖住风机不致发生“飞车”,机组需要进行“偏头调速”(风力发电机的效果最好的调速方式,只是调速时间长)时,在“电力制动”的制动力的“柔性刹车”作用下,机组就会有充足的时间保证安全偏头调速进行安全停机,这些特点也是并网机组所无法实现的。   从经济效益的各个方面来分析,不但有巨大的产出,而且可以大幅度降低风力发电机的制造成本,比如“千万千瓦级规模的风电场”如果采用并网模式大概得投入1000亿元,而采用制氢模式时,单机组的制造成本就可以降低到300亿元甚至更少,更何况它的管理运行费用与并网模式相比,也要低很多,我们为何不采用呢?   因此,风电制氢不单单是为人类提供一种能源,而是不仅为人类提供了大量的氢能源,还提供和产出多种有直接经济效益的产品和大幅度降低了风力发电机组的制造成本,这样对经济效益计算,才比较客观,所以从这种模式的经济效益方面进行分析并不是什么坏事,反而是一种有很好的经济效益和很好的环保效益的好模式。   更重要的意义就是它也确实达到了大量减少二氧化碳的目的,从能源的总量上来看,利用取之不尽、用之不竭的大规模风能转化为氢能源,跟利用取之不尽、用之不竭的大量海水是一样的,海水在能量的转换中扮演了能量转换的中间角色,进行了大量能源的转换,特别是氢能源有可储存、可调节的特点,很方便人们的使用,在使用过后又恢复为水(还是纯水),可以继续在风电的电解下进行下一个循环、分解、利用,这才是真正的取之不尽、用之不竭的可循环往复的可持续发展的干净能源,将会造福于全社会、全人类。   并且这种模式也不需要什么独特先进的科学技术,一大部分都是利用了成熟的电解技术和氢能源应用技术的等多项技术的组合。不断地对其规模扩大,逐步代替传统的能源(碳能源),通过对其大规模的使用,进一步提高它的转换效率,满足全社会的能源需求,可以说是必经之路。   应用技术层面的分析:   储氢技术:自2005年起,储氢技术就有很多研发成功的,当然目前也都还不断地在开发中,大体上有两个方面:物理和化学。如:“液化储氢”;“金属氢化物储氢”;“吸附储氢”;“有机液体储氢”;“玻璃微球储氢”;“无机物储氢”;“铁磁性材料储氢”“地下岩洞储氢”等多种储氢方式,这些技术都已经研发成功或者是正在推广的技术,而氢能源汽车就很好地解决了氢气的储存问题,这些技术使氢能源的储存问题有了很好的保证,为“风电制氢”打下了良好的技术基础,也铺平了风电制氢的道路。   我们可以来看一则关于氢内燃机技术的报道:   氢能源利用突破中国第一台氢内燃机点火成功。   近日来,在重庆长安汽车集团成功点火了我国自主研制的第一台高效低排放氢内燃机。高效低排放氢内燃机是国家“863”计划唯一立项的氢燃料重点项目,它的成功点火标志着我国氢内燃机研究技术获得了突破性的进展,为氢内燃机的产业化打下了坚定的基础。   根据有关方面的资料获悉,氢燃料与汽油特性差异巨大,真正的氢内燃机必须根据氢燃料的特性研究开发,而不是简单地对汽油机进行一下改造,所以说氢内燃机是一种新型的内燃机。氢燃料内燃机的工作原理就是用氢代替汽油,在发动机缸体内直接燃烧,驱动汽车行驶。我国自主研制的高效低排放氢内燃机是一种新型的内燃机,它与传统的汽油机和柴油机相比,有很多突出的优点,如具有高效率、低排放、低成本、适应性好等等,对于减少环境污染,应对能源危机的意义也是十分重要的。此前,我国已经在氢燃料电池的研发方面取得巨大突破,由同济大学研发成功的氢燃料电池汽车主要测试数据都达到了世界先进水平。我国氢能源利用的另一个方向就是氢燃料电池,与氢燃料内燃机有所不同,氢燃料电池的工作原理是由氢燃料产生电能,向电池充电,以电力来驱动汽车行驶。   从目前的状况来看,积极推动可再生能源发展已成为世界共识。在以氢为能源的“氢经济”时代中,氢燃料汽车的角色是必不可少的。目前,世界各国都非常重视氢动力的开发。世界主要汽车公司都在氢动力方面做出探索,德国宝马汽车公司投资近20亿欧元,开发出六代氢内燃机,目前已经具备批量生产氢内燃机汽车的能力,福特、克莱斯勒都推出了氢内燃机车辆,马自达汽车公司研制的氢燃料转子内燃机已具备产业化能力。早在2005年,长安就开始氢内燃机的研究,并正式获得国家“863”计划立项。长安汽车集团总裁徐留平表示,长安氢内燃机的成功点火,标志着长安的氢内燃机技术已达到国际先进水平,长安汽车在坚持自主创新的同时又取得了新的成就,最为重要的是,将对中国汽车工业新能源的开发利用和中国节能环保事业的发展起到积极的推动作用。   氢能源发电技术,这应该是最简单的了,我们可以采取传统的烧锅炉的方式,以氢能源代替煤炭产生蒸汽,再推动蒸汽轮机发电;或者是采用燃气涡轮机带动发电机发电,因为是可控、可调的,所以对并网来说没有什么问题。   对于一些比较小型的移动电站等都尽可以采用“氢内燃机方式”进行发电。   氢气就像输送天然气一样,也是很容易进行长途输送的,可以长距离地输送到需要的地方进行利用,它最大的特点就是“取之不尽、用之不竭。”是可以持续、循环利用的能源,这是天然气所不能比的。   我们要想从根本上减排二氧化碳,从根本上解决能源危机,从根本上走出能源困局的光明大道,我们就要利用大规模、数量巨大的风电,进行大规模的风电制氢,同时也要使能够使氢能源广泛使用的行动大力开展,让氢能源的时代早日到来。知识库·从风驰电掣的列车取风能·   在众多的交通方式中,有轨运输属于最为绿色环保的一种。如果它的基础设施本身能够发电的话,那更是锦上添花,将使效率得到大大提高。   美国一家公司的两位研究人员设计出使用压电衬垫从运行列车获取能源的方案,并且已经开发出一种能够从高速行驶的列车获取型风能的装置。这种装置名叫T-Box,是一个电力发电机,根据设计要求安装在现有铁路轨道之间的空间里。在1公里的轨道上,大约需要150个这样的T-Box。   研究结果发现,一列火车在以200公里的时速行驶时,可产生每秒15米的风速。而T-Box能够捕获并利用这个风速产生3500千瓦的电能。一列长度为200米的火车如果以每小时300公里的速度行驶,那么在18秒里跑上1公里,T-Box就能够产生大约26千瓦小时的电力,给不通电或没有铁路子系统的偏远地区提供电能。   1.你如何理解风力制氢?   2.氢气在现在世界中占什么位置?   3.风力制氢和煤炭制氢有何区别?

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