第四章风能的利用现状   我们对风能并不陌生,电视中那些呼呼转动的风车就是风能的代表,但是对于风能的利用相信你依然很陌生。古时候风能够帮助帆船,并且风也能够帮助生产,今天人类利用风能发电,并且风能帮助海水淡化等等。人类对于风能的了解也越来越多,也更好的利用风能减少污染。   风帆助航   ※风帆助航古代的风帆航船已经离我们很遥远了,它也完成了历史的使命,正在向历史博物馆迈进。随着高科技的不断发展,现代化的新式风帆助航又出现在了人们的生活中,它主要是在当代电子技术高自动化和新型材料的发展基础上产生的。最初是在70年代由日本开始制造的风力与柴油机联合动力船,它采用的是新型结构的帆具材料,用计算机自动控制切换,做成了起落都很方便的风帆,不仅美观实用,而且操作简便,节能效率在15%以上。紧接着,美国和北欧也开始着手研究风帆助航技术。在80年代,我国研制了几条小型的风帆助航船在长江上试运行。到了90年代,宁波海运公司试制了一艘名为“明州22号”的风帆助航货轮,重量为2500吨级,船身总长为85.8米,设计的航速为11.5节(海里/时),型宽15米,型深7.3米。它的风帆是不锈钢弧形帆,面积120平方米(高12米,宽10米),在3~20米/秒风速下都可以使帆航行,主要采用的是计算机控制油压操帆,风帆全折全张时间1~2分钟。装有一台主机,功率为1080千瓦。在1996年1月,该货轮投入了运营,主要是在日本、宁波、厦门、香港之间行驶,共可载运146只集装箱。目前世界最大的风帆助航货轮为日本的“臼杵先锋号”,它的总吨位是2.6万吨。   ◎国外关于风帆助航的研究   ※早期的船   由于目前全球的能源越来越短缺,可再生资源已经成为发展的趋势,对于燃油的节省和经济的提高都已经被提升到了一个新的高度,再加上船舶排放被联合国和国际海事组织进行严格监控,进一步发展利用新能源的节能减排型船舶已经刻不容缓了。依据海上所特定的条件,当前的原子能、太阳能和风力等都是可利用的新能源。由于原子能本身特殊的技术以及相应的危险性已经被很多的商业化船舶所舍弃,而那些传统的利用风能来助推的船舶,已经被越来越多的国家推崇和发展。   现在有些大型的商船在考虑要将风能作为辅助推动力,以此来减少主推柴油机的油耗,最终达到节能减排的效果。   一、德国   德国在20世纪60年代就已经开始着手研究万吨级大型的风帆助推运输船了,可以说是对风帆助航的研究开始的比较早的国家。他们设计的六桅的风帆助推船“DYNA”号,该船总长约160米。   德国在1980年又为印尼开发了一种风帆助推货船,这艘船主要是在印尼各岛之间开展贸易活动。同一个时间,法国地中海的海运社也建造了一批风帆助航的客船,船长有53米的,也有134米长的。而那艘长134米的客船,共建造有三艘姐妹船,相继都是在1988年前都已经竣工。随后,又建造了一艘全长为187米且号称是世界上最大级的风帆助航客船“LaFayette”号航行于加勒比海域。上面所提到的船只大部分都是利用电子计算机来自动操帆的。   早在2007年12月15日的时候,全球第一货轮“白鲸天帆”号在德国汉堡的一个港口进行它的第一次航行,这个货轮是用矩形风筝拉动的。研发出天帆风力系统的汉堡市“天帆”公司和不莱梅港的“白鲸”轮船公司合作,在132公尺的“白鲸天帆号”上安装超轻合成纤维巨型风筝,这个风筝的飞行高度是300米的高空,船上的计算机可以掌握它的风力和风向,所以风筝就可以不在人们的指挥下在货轮的轨道移动,它可以为货轮带来不同方向上的动力,因此轮船的引擎负荷就会相应减轻。   在20世纪以后的时间里,人们都认为以风为动力的帆船因为不可性而被慢慢地抛弃了。不同于以往帆船的帆安装在船身,天帆把帆送上天,曾经有德国工程师说:“天帆的优点是可利用上层最稳定而强劲的风力。”他们还说,全球目前登记的10万艘轮船有6万艘可加装天帆,包括货柜轮、油轮在内,风力状况不一样,节省的燃料也不一样,从10%至35%的不同程度,在最理想的短期间里,更有甚者,50%的燃料可以节省。   二、美国   自20世纪70年代以来,美国也发现了风帆助航的美好前景,为此它们还成立了专门建造风帆的委员会,风帆助航规划也在此时建立起来,在拖驳船、渔船和浮吊钻井船,近海和远洋船上,对传统风帆和现代风帆具进行了一系列的试验研究工作,并取得了一些成效。如在3100吨的“大西洋”号货船上装了一面面积为120平方米的独桅三角帆,在6~8级风速时可提高航速15千牛,它节省的能量相当于1200千瓦的柴油机每昼夜节油的1000升,相对于同类无帆船节油的20%左右。   美国的有关专家还提出了用一种特殊的水下鳍安装在船上,这样的目的是为了提高风帆效能,建造了加装这种鳍的风帆助航船舶模型,并进行了水池试验,并研究了这种鳍的布置在稳定航向航行中对风帆效果的影响。此外还有一些人研究了帆船上使用的一种可移动式压载系统,这种系统是为了适用于不同帆角下船舶的稳定性所准备的。   三、日本   从20世纪80年代开始,日本努力研究风帆助航船。1980年,日本建成了全球第一艘用现代帆具助航的“新爱德丸”号。这艘船载重1600吨、排水量2400吨,装有两面卷折式纤维增强塑料风帆和一台低速柴油机作为辅助动力,两者配合使用。风帆以风能作动力使船航行,因而可节省燃油。假如说载重相同的普通机动船与这艘船进行衡量的话,普通的机动船会产生50%的燃料浪费,不过有一点是可以肯定的,那就是会有20%的时间可以节省下来。   在21世纪初,一项次世代型风帆助航船舶的研发计划又被人们提出,同时进行了世界首次船用风力发电装置的航行搭载试验。这项计划研究的方向主要有:   1.伸子帆的性能试验   在外形上,伸子帆是不等边四边形纵帆,一定数量的被称为板条的竹竿在风帆横向上分布着,这个竹竿其实叫做板条。该类风帆的收帆、顺风以及逆风操帆的性能优良。从明治末期到昭和初期,在日本广泛应用伸子帆的地方主要是在日本西部的一些运输船舶,不过这类帆的航行性能究竟怎样没人知道。   研究者先是从空气动力试验船“风神”号使用的伸子帆开始研究起的,先通过模型的风洞试验测量风帆的流体动力特点,再通过风帆测力计测量到升力系数与阻力系数,还有CCD相机可以拍摄到伸子帆的外形参数,伸子帆的特点就是从这里知道的,它的成果是这样的:   第一点就是可以了解风帆形状与流体动力系数CL和CD之间的关系。   第二点单说伸子帆,就是迎风角会变大,但由于风帆的中上部变深,张角范围变小,它的升力系数也不会大幅度减少。   第三点由于伸子帆的左侧就是桅杆,所以右舷受风是比不上左舷受风时的性能的。   2.次世代型风帆助航的研究   第一点,高升力风帆在日本相关专家的研究下进行了相关的风洞试验,知道了升力系数是受哪些主要因素的影响的。成功开发出单只风帆最大升力系数258、推进系数273、纵横比263的矩形复合风帆。在矩形以及三角形等高升力风帆的风洞试验中,研究了风帆之间以及风帆与船体之间的干涉关系。风洞试验结果表明,相比于单只风帆的性能参数为依据进行船舶风帆的配置,在干涉影响作用下风帆的性能会下降25%左右。还有进一步的研究,通过风帆倾斜排列能对干涉影响造成的性能大概有18%的减少。   第二点,水槽试验是在水中翼的相关性能的深刻认识下进行的,通过改变水中翼的面积与安装位置,求出其流体特性表达式。船模试验表明,水中翼能够在较小的面积上产生较大的横向力,取得首尾方向的压力位置向后移动的效果,风帆助航的稳定性与高效性就达到了,它是在前面的条件下进行的。   接下来,起重机兼用型高升力复合风帆的性能又是日本专家的研究方向。在风洞试验过程中不断调整帆杆、硬帆以及软帆的相对位置,最后发现起重机兼用型高升力复合风帆的升力系数以及推进系数都有了提高,215到246就是它们的系数。   除此之外,风帆助航船舶专用航线气象系统也是他们进行研究的项目。传统船舶基本是以避让海浪以最短时间达到目标港口为目的来选择航线的。但是,次世代型风帆助航船舶是以最大限度利用风能同时尽力降低二氧化碳的排量为目的航行。就是在这个目标的引领下,风帆助航船舶用航线气象系统又出现在了日本学者的研究桌面上。   在对它进行航行以后才知道,单说减少二氧化碳的排放量,装备起重机兼用型高升力复合风帆船舶可减少11.7%,使用风帆助航用航线气象系统可减少6.5%,会有17.4%综合效果出现。   3.船用风力发电装置的开发   在2004年时,世界首次船舶搭载型风力发电装置在日本学者的努力下成功了,并取得了很好的效果。船载的风力发电装置包括直线翼垂直轴型风车、发电机、制动装置、控制装置、电池、控制用风向风速计、数据收集装置以及作为负荷的空调器。该系统的额定输出功率为3千瓦,输出为100伏/60赫兹单相电压,额定风速14米/秒,额定旋转速度250转/分,启动风速25米/秒,15米/秒是它的停止风速,22.5米/秒是它的阵风耐力,50米/秒是它的极限风速。定距直线翼垂直轴型风车就是风车采用的基本形式,25米是它的旋转直径,2米是它的长度。   四、韩国   在韩国的世腾造船集团出现了一种环保概念邮轮号船身、甲板及客舱设计图。可再生能源也是这个邮轮的优势所在,温室气体相应也会减少。   有资料显示,液化天然气也是一种燃料。由它的设计外观可以知道,号船上建有5枝桅杆,桅杆上安装6张面积共1.244万平方米的大帆。6张大帆将收集的空气以管道引导、注入船底打出气泡作气垫作用,增加水动效力,推进船只,推进功率可达2万兆瓦。邮轮将设置太阳能储电板收集太阳能供电;天然空调系统之效的方便就是在它的双重外壳板设计才形成的。   要想达到法国圣纳泽尔造船厂发展的船舶环保要求,必须把这个邮轮设计成使用循环使用水、回收使用上层甲板的雨水以及使用从处理废物时回收的能源。邮轮船身长305米、型宽60米、机舱要符合最少人数监控证书105000。船上将设客舱1403个,可载客3311人;它有船员舱共555个,能容纳1089人的载员量,大概有4400人可以容纳。   知识链接·什么是风能逆变器?·   逆变器是一种电源转换装置,可将12伏或24伏的直流电转换成230伏、50赫兹交流电或其他类型的交流电。它输出的交流电可用于各类设备,最大限度地满足移动供电场所或无电地区用户对交流电源的需要。   有了逆变器,就可利用直流电(蓄电池、开关电源、燃料电池等)转换成交流电为电器提供稳定可靠得用电保障,如笔记本电脑、手机、手持PC、数码相机以及各类仪器等;逆变器还可与发电机配套使用,能有效地节约燃料、减少噪音;在风能、太阳能领域,逆变器更是必不可少。小型逆变器还可利用汽车、轮船、便携供电设备,在野外提供交流电源。   逆变器有着广泛的用途,它可用于各类交通工具,如汽车、各类舰船以及飞行器,在太阳能及风能发电领域,逆变器有着不可替代的作用。随着技术的发展,用户在移动中需要使用的电子设备越来越多,逆变器能够随时为这些设备提供充足的交流电源,为用户提供一个较好的解决方案。   通俗地说,风能逆变器就是用于风能发电使用中的转换装置。常见的风电变流器是逆变器的一种。   1.最早出现风帆助航是什么时候呢?   2.风帆助航的优缺点是什么呢?   风力发电   ※大风摧毁房屋曾经有一个地方发生了一场大风,造成了400座风力磨坊、800座房屋、100座教堂、400多条帆船,以及数千人受到伤害,另外还有万株大树被连根拔起。仅就拔树一事而论,风在数秒钟内就发出了一千万马力(即750万千瓦;一马力等于075千瓦)的功率!有人估计,地球上可用来发电的风力资源约有100亿千瓦,几乎是现在全世界水力发电量的10倍。目前全世界每年燃烧煤所获得的能量,只有风力在一年内所提供能量的1/3。所以,世界上都很注重利用风力来发电,因为这也是开发新能源的一种实际行动,为了我们生活的环境而进行努力。   ※小型风力发电装置   有关人士早就研究利用风力发电的一些原理,这些研究最早可以追溯到20世纪初的时候。30年代,丹麦、瑞典、前苏联和美国应用航空工业的旋翼技术,成功地研制了一些小型风力发电装置。这种小型风力发电机,广泛在多风的海岛和偏僻的乡村使用,它所获得的电力成本比小型内燃机的发电成本低得多。然而,应该知道的是,发电量较低是当时的情况,那时的发电量都不到5千瓦。   现在有关方面研究指出,这些15、40、45、100、225千瓦的风力发电机已经在国外出现了。1978年1月,美国在新墨西哥州的克莱顿镇建成的200千瓦风力发电机,其叶片直径为38米,发电量足够60户居民用电。在1978年初夏的时候,在丹麦日德兰半岛西海岸投入运行的风力发电装置,其发电量则达2000千瓦,风车高57米,其中有75%的发电量是被送入电网的,还有附近的一所学校也是这些电量的剩余部分的使用者。   在1979年的上半年,在美国也就是北卡罗来纳州的蓝岭山,又建成了一座世界上最大的发电用的风车。这个风车有10层楼高,风车钢叶片的直径60米;叶片安装在一个塔型建筑物上,因此风车可自由转动并从任何一个方向获得电力;风力时速在38公里以上时,发电能力也可达2000千瓦。由于这个丘陵地区的平均风力时速只有29公里,因此风车不能全部运动。据估计,就是在全年中的半年里对它进行运转的话,北卡罗来纳州7个县1%~2%的用电需求它会最大限度地满足。   ◎历史   风在最早的时候就被人们利用了,那时人们利用它主要是有以下一些用途,比如利用风车来抽水、磨面……现在,人们感兴趣的,首先是如何利用风来发电。风是一种潜力很大的新能源,不知道人们是不是还对那次大风事件记忆犹新,18世纪初,横扫英法两国的一次狂暴大风,摧毁了四百座风力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多条帆船,并有数千人受到伤害,25万株大树连根拔起。单单说拔树一事的话,风在数秒钟内就发出了一千万马力(即750万千瓦;一马力等于075千瓦)的功率!有人估计过,地球上可用来发电的风力资源约有100亿千瓦,几乎是现在全世界水力发电量的10倍。目前全世界每年燃烧煤所获得的能量,只有风力在一年内所提供能量的三分之一。所以,越来越多的人开始认识到风能的一些优点,对它在实际生活中的利用越来越认可,人们想开发新能源也要对它有一个很好的了解。   ※利用风力发电人们利用风力发电已经是很长一段时间的事了,所以现在人们对它的了解是越来越深了。在20世纪30年代的时候,丹麦、瑞典、苏联和美国应用航空工业的旋翼技术,成功地研制了一些小型风力发电装置。这种小型风力发电机,广泛在多风的海岛和偏僻的乡村使用,它所获得的电力成本比小型内燃机的发电成本低得多。由于以前的技术条件达不到,风力发电所带来的电量也是没法和现在比的,那时风力发电也就是刚刚起步而已,它并不能实现真正意义上的电力,随着现在科技的进步,风力发电占据了越来越重要的地位,它也是人们进行开发新能源的对象,它在一定的基础上具备了新能源的一些优点和发展趋势。   因为风能的优点也是体现在生活中的,它的优点在一些方面已经得到利用了,所以说风能也是一种清洁的能源,不过风能在发电的利用上是最多的,现在的风车技术决定了大概每秒3米的微风速度就可以进行发电了。其实风力发电的技术条件还是相当成熟的,它具有规模化和商业化的条件,所以有些人还是比较看好风能发电的,它被人们看成是现在比较有前景的发电方式。   ※世界上最大的风力发电风车◎原理   风力发电,顾名思义就是把风能不间断地转化为我们所用的标准市电,它在一定的意义上满足了人们生活中的生产和生活用电,这在一定程度上缓解了生活中的用电压力,尤其是人们在生活中的应用更是离不开它,它在生活中的利用是无处不在的。   风的动能变成机械动能的过程就是这样进行的,再把机械能转化为电力动能,这就是风力发电。风力发电的原理,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,大约是每秒三米的微风速度(微风的程度),便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮,风力发电在燃料方面也是用不到的,所以人们就不用担心辐射或空气污染会发生了。   风力发电机组其实就是风力发电所需要的装置。这种风力发电机组,大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。这三部分是相互合作的,它们缺一不可,因为它们都是这个发电系统的最重要的组成部分。   ※风轮从风的动能到它的机械能是需要一个重要部件的,这个重要部件就是风轮,它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向桨叶时,桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻,目前多用玻璃钢或其他复合材料(如碳纤维)来制造。这些材料都是需要在前提条件下对它进行验证,才能决定是不是适合它的发电系统。   ※垂直风轮   因为风轮的转速一般都是很低的,并且风力的大小和方向也是很不稳定的,在这样的条件下转速也是不一样的;所以,在带动发电机之前,还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱,再加一个调速机构使转速保持稳定,然后再连接到发电机上。要想让风轮一直对准风向以获得最大的功率,一个和风向标很相似的尾舵是少不了的,这也是最基本的。   风轮、尾舵和发电机的构架这三部分就是铁塔的重要组成部分。它一般修建得比较高,为的是获得较大的和较均匀的风力,又要有足够的强度。铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况,风轮的直径大小在这时是可以起决定作用的,6~20米范围内是最好的取值范围,这个值是要很好地把握的。   风能发电中的发电机的作用是这样的,是把由风轮得到的恒定转速,通过升速传递给发电机构均匀运转,机械能转变为电能的过程在这时有了变化。   芬兰、丹麦等国家都很注重风力发电,风力发电在这两个国家是比较多的;中国也在西部地区大力提倡。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。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。它的各个部分都很重要,其中它们的功能为以下的这些方面,叶片用来接受风力并通过机头转为电能;尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能;转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能;永磁体也就是机头的转子,电能其实就是定子绕组切割磁力线产生的。   ◎多大的风力才可以发电   ※风力发电演示通常意义上,要想利用风能发电必须具备三级风的风力。但从经济合理的角度出发,风速大于每秒4米才适宜于发电。据测定,一台55千瓦的风力发电机组,当风速为每秒9.5米时,机组的输出功率为55千瓦;当风速每秒8米时,功率为38千瓦;风速每秒6米时,只有16千瓦;而风速每秒5米时,仅为9.5千瓦。由此得出,风力很大的时候,经济效益就会越来越大。在我国,现在已有不少成功的中、小型风力发电装置在运转。我国的风力资源极为丰富,绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上,特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿,平均风速更大;有的地方,一年1/3以上的时间都是大风天。这些地区的风力发电是一项很有积极意义的事业,我们应该为之努力。   ◎风力发电的输出   ※风力发电的输出示意图   风力发电机常常由于风量不稳定的因素,所以它所能输出的是13~25伏变化的交流电,须经充电器整流,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交流220伏市电,才能保证稳定使用。通常人们认为,风力发电的功率完全由风力发电机的功率决定,总想选购大一点的风力发电机,而这是不正确的。目前的风力发电机只是给电瓶充电,而由电瓶把电能贮存起来,这时人们就懂得了电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系这一原理,所以对它的使用会更好。功率的大小更主要取决于风量的大小,而不仅是机头功率的大小。在内地,小的风力发电机会比大的更合适。因为它更容易被小风量带动而发电,持续不断的小风,会比一时狂风更能供给较大的能量。当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能,也就是说一台200瓦风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合使用,500瓦甚至是1000瓦就是它的更大的功率输出,知道了这样一个原理我们才能更好地对它进行研究。   ◎风力发电的节约程度   风力发电机在市场上的应用是很好的,因为它能给人类带来很多的好处。其节约的程度是明显的,一个家庭一年的用电只需20元电瓶液的代价。而现在的风力发电机比几年前的性能有很大改进,以前只是在少数边远地区使用,风力发电机接一个15瓦的灯泡直接用电,一明一暗并会经常损坏灯泡。而现在由于技术进步,采用先进的充电器、逆变器,风力发电成为有一定科技含量的小系统,并能在一定条件下代替正常的市电。还可以把它应用到山区贫困的地方,因为它的节电是我们最看重的地方,我们有可能还能在这些方面达到更好的节能意义,在经济上也是最可行的方法,所以它特别适合山区的一些地方。这不但节约而且是真正的绿色电源。家庭用风力发电机,不但可以防止停电,而且还能增加生活情趣。在旅游景区、边防、学校、部队乃至落后的山区,风力发电机正在成为人们的采购热点。山区人民可以从无线电爱好者那里获得更多的有益的文化知识,这对山区人民的文化生活是一个提升,同时他们还能从这里把自己的精神文明提高上去,对丰富山区人民的生活有非常大的帮助,人们的电视及照明用电可以与城市保持相同的步伐,也让他们明白了自己的劳动可以创造财富这一不变的定理。   ◎水平轴风力发电机   ※水平轴风力发电机升力型和阻力型分别是水平轴风力发电机科的两个重要的组成部分。升力型风力发电机旋转速度快,阻力型旋转速度慢。对于风力发电,多采用升力型水平轴风力发电机。大多数水平轴风力发电机具有对风装置,能随风向改变而转动。对于小型风力发电机,这种对风装置采用尾舵,而对于大型的风力发电机,则利用风向传感元件以及伺服电机组成的传动机构。风力机的风轮在塔架前面的称为上风向风力机,风轮在塔架后面的则成为下风向风机。水平轴风力发电机的式样很多,有的具有反转叶片的风轮,有的再一个塔架上安装多个风轮,它们能在输出功率一定的条件下的基础上,做到对塔架的成本有一个很好的降低,我们还有的水平轴风力发电机在风轮周围产生一定的漩涡,气流可以得到集中,气流速度就是这样形成的。   ◎垂直轴风力发电机   ※小型垂直轴风力发电机无需对风是对垂直轴风力发电机的最小要求,在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势,它不仅使结构设计简化,而且也减少了风轮对风时的陀螺力。利用阻力旋转的垂直轴风力发电机有几种类型,平板和被子做成的风轮就是这种风力的最适合的基础,这是一种纯阻力装置。S型风车,具有部分升力,但主要还是阻力装置。这些装置有较大的启动力矩,但尖速比低,风轮尺寸、重量和成本一定要具备一定的条件,这时它所进行的功率输出就会变低。   ※达里厄式风轮   ※发电机   上面的这种发电机是法国的一位科学家在19世纪30年代的时候发明的。在20世纪70年代,加拿大国家科学研究院对此进行了大量的研究,现在是水平轴风力发电机的主要竞争者。达里厄式风轮是一种升力装置,弯曲叶片的剖面是翼型,它的启动力矩低,但尖速比可以很高,对于给定的风轮重量和成本,有较高的功率输出。现在有多种达里厄式风力发电机,像Φ型,Δ型,Y型和H型等都是它的类型。单叶片,双叶片,三叶片或者多叶片都是这些风轮可以存在的形式。   电力电子技术在日益地发展着,在生产上的应用越来越广的可以说是双馈型感应发电机。这种技术不过分依赖于蓄电池的容量,而是从励磁系统入手,对励磁电流加以适当的控制,从而达到输出一个恒频电能的目的。双馈感应发电机在结构上类似于异步发电机,但在励磁上双馈发电机采用交流励磁。我们知道一个脉振磁势可以分解为两个方向相反的旋转磁势,而三相绕组的适当安排可以使其中一个磁势的效果消去,这样一来就得到一个在空间旋转的磁势,这就相当于同步发电机中带有直流励磁的转子。双馈发电机的优势就在于,交流励磁的频率是可调的,话句话说就是旋转励磁磁动势的频率是可以在人们的掌握下进行的。这样当原动机的转速不定时,适当调节励磁电流的频率,就可以满足输出恒频电能的目的。由于电力电子元器件的容量越来越大,所以双馈发电机组的励磁系统调节能力也越来越强,这使得双馈机的单机容量得以提高。虽然部分理论还在完善当中,但是双馈反应发电机的广泛应用这一趋势将越来越明显。对于风力发电的发展,有一些工程是不适合在具体的实际中进行运行的,它是一种错误认识,我们应该知道它的存在形式。   知识库   部副部长苗圩近日语出惊人,他认为中国风沙伴存,风电设备受风沙磨损大,上马太多风电项目不合我国国情。苗圩说,国外有风地方没有沙,比如说是海洋风。苗圩说:中国是有风的地方就有沙,风沙对风力发电设备磨损非常厉害。现在风能发电风机应该是20年的寿命,但是如果有风沙的侵蚀寿命还到不了20年。再过5年,寿命肯定要出问题,特别是甘肃那个千万千瓦级的风力发电站典型的形象工程。就此话题,苗圩表示,能源布局的重点,应该是供给端和使用端要做到平衡。而现状是高级能源拉着低级能源运转。苗圩举例说,湖北本来水电是优势,三峡的电应该更多留在湖北用,这是最好的清洁能源。但是现在却把湖北的电运到东部区,湖北再从周边买煤运到湖北,引发一连串的效应,河南就不够用了,就再到山西、山东甚至到新疆去运煤。进行全国大旅行,全国铁路货运一半用来运送煤炭。这是多大的物流成本,多大的浪费。据报道,甘肃酒泉千万千瓦级风电基地于2008年8月全面启动,标志着中国正式步入了打造风电三峡工程阶段。据气象部门最新风能评估结果表明,酒泉风能资源总储量为1.5亿千瓦,可开发量4000万千瓦以上,可利用面积近1万平方公里。◎马格努斯效应风轮   由自旋的圆柱体组成的风轮就是马格努斯效应风轮,当它在气流中工作时,产生的移动力是由于马格努斯效应引起的,它的大小与风速呈正相关。有的垂直轴风轮使用管道或者漩涡发生器塔,通过套管或者扩压器使水平气流变成垂直气流,以增加速度,还有一些是利用太阳能或者燃烧某种燃料,垂直方向的气流就是说的这种风轮技术,它是后来改变的。   ◎径流双轮效应风轮   一种新型风能转化方式就是说的径流双轮效应或叫双轮效应。起初它是一种双轮结构,比较水平轴流式风机,径流式是它的特点,同已有的立轴式风机一样都是沿长轴布设桨叶的,直接利用风的推力旋转工作,单轮立轴风轮因轴两侧桨叶同时接受风力而扭矩相反,相互抵消,输出力矩不大。设计为双轮结构并靠近安装,同步运转,就将原来的立轴力矩输出对桨叶流体力学形状的依赖进而改变为双轮间的利用转动产生涡流力的利用,两轮相互借力,相互推动;而对吹向两轮间的逆向风流可以互相遮挡,进而又依次轮流将其分拨于两轮的外侧,使两轮外侧获得有叠加的风流,因此使双轮的外缘线速度可以高于风速,双轮结构的这种互相助力,主动利用风力的特点产生了“双轮效应”。如果说是对于有些单轮式结构风机中采用外加的遮挡法、活动式变桨矩等以及被动式减少叶轮回转复位阻力的设计,积极利用风力的特点就是这种方法的最好的解释。因此这一发明不仅具有实用作用,促进风力利用的研究和发展,而且具有新的流体力学方面的意义。它开辟了风能发展的新空间,是一项带有基础性质的发明,这种双轮风机具有的设计简捷,易于制造加工,转数较低,这种风力发电的优点是很多的,比如,重心下降,安全性好,运行成本低,维护容易都是它不可多得的优点,并且它还具备无噪音污染等明显特点,以及它还能进行广泛普及和推广,中国节能减排的需求是很适合的,它的市场发展前景也是很广阔的。   知识库·风机功率过高或过低的处理·   1.功率过低   如果发电机功率持续出现逆功率的情况,它的值就会小于预置值Ps,风力发电机组将退出电网,处于待机状态。脱网动作过程如下:断开发电机接触器,断开旁路接触器,不释放叶尖扰流器,不投入机械刹车。   重新切入可考虑将切入预置点自动提高0.5%,但转速下降到预置点以下后升起再并网时,预置值自动恢复到初始状态值。   重新并网动作过程如下:合发电机接触器,软启动后晶闸管完全导通。当输出功率超过Ps3s时,投入旁路接触器,转速切入点变为原定值。功率低于Ps,时由晶闸管通路向电网供电,这时输出电流不大,晶闸管可连续工作。   这一过程是在风速较低时进行的。发电机出力为负功率时,吸收电网有功,风力发电机组几乎不做功。如果不提高切人设置点,起动后仍然可能是电动机运行状态。   2.功率过高   一般说来,功率过高现象由两种情况引起:一是由于电网频率波动引起的。电网频率降低时,同步转速下降,而发电机转速短时间不会降低,转差较大;各项损耗及风力转换机械能瞬时不突变,因而功率瞬时会变得很大。二是由于气候变化,空气密度的增加引起的。功率过高如持续一定时间,控制系统应作出反应。可设置为:当发电机出力持续10分钟大于额定功率的15%后,正常停机;当功率持续2秒大于额定功率的50%,安全停机。   风力发电机组退出电网   风力发电机组各部件受其物理性能的限制,当风速超过一定的限度时,必需脱网停机。例如风速过高将导致叶片大部分严重失速,受剪切力矩超出承受限度而导致过早损坏。因而在风速超出允许值时,风力发电机组应退出电网。   由于风速过高引起的风力发电机组退出电网有以下几种情况:   1)风速高于25米/秒,持续10分钟。一般来说,由于受叶片失速性能限制,在风速超出额定值时发电机转速不会因此上升。但当电网频率上升时,发电机同步转速上升,要维持发电机出力基本不变,只有在原有转速的基础上进一步上升,可能超出预置值。这种情况通过转速检测和电网频率监测可以做出迅速反应。如果过转速,释放叶尖扰流器后还应使风力发电机组侧风90°,以便转速迅速降下来。当然,只要转速没有超出允许限额,只需执行正常停机。   2)风速高于33米/秒,持续2秒,正常停机。   3)风速高于50米/秒,持续1秒,安全停机,侧风90°。   1.目前风力发电的市场前景怎样?   2.你知道多大的风力才能够发电吗?   3.未来我们能够一直利用风力发电吗?   利用风力提水灌溉   尚义县有一个地方的农民这样感慨道,“去年我种了60亩地,有30亩菜地采用了膜下滴灌,光这30亩菜就卖了15万元。”提起膜下滴灌,他们都是很有感触的,因为这些都关系到他们的生存状况。   这个地方的农民也是有一定的认识基础的,他们知道在最初采用的都是管灌节水技术,近来才大力推广膜下滴灌新技术,乡里每亩补助100元,县有关部门补助一部分,个人每亩只需掏100元就可以安装一亩菜地的膜下滴灌设备。本着试一试的态度,他们给自己60亩菜地中的30亩安装了膜下滴灌设施,没想到的是,就是这30亩地让他在去年蔬菜销售情况不好的形式下出现了扭转的局面。   在进行膜下滴灌技术实施后,对那个地方的农民的意义是非同寻常的,其效果可以用惊讶来形容。不但节水节电,而且菜品的数量和质量上也有了明显提高。到了卖菜的季节,一位经济人和农民说,康保是最好的菜,可是曾经那些农民十分自信地对那个经济人说,你去我的地里看一看就知道了。   那个经纪人到那些农民的菜地里一看,令人很欣慰的是那些农民种的菜不但长势喜人、它们还都大小均匀,品相看上去都是十分诱人的,那个地方的有一部分人进行了大致的估算,采用膜下滴灌省电节水不说,还省人工、省肥料等,一亩能节省400元左右。同时,采用膜下滴灌蔬菜的产量每亩最少能提高1000到1500公斤,可以多卖400到600元。如果在同等条件的情况下,普通的管灌、喷灌节水措施相比采用膜下滴灌每亩要有近千元的损失。   现在农民先是准备将种菜规模扩大到300亩,有的人说“如果条件允许的话,我就给这300亩地全部上滴灌。”这样更有益处。   ◎技术世界领先   上面所说的地方是从90年代初开始推广节水灌溉措施,最早节水方式是渠灌和管灌,即修建防渗渠或者用管道输水,防止水源在输送过程中渗漏。之后采取较为先进的喷灌技术,节水效果更加明显。不过真正对节水进行革命的形式是膜下滴灌技术的推广和应用。   现在世界上最先进的节水灌溉方式可以说是膜下滴灌技术。2006年,尚义县从以色列引进了膜下滴灌节水灌溉技术。膜下滴灌是在地下水比较丰富的地区,用水泵抽水后沿主管道、支管道最后直达每一棵植株的根部,有一个毛眼都分布在每棵植株的根,为植株输水就像是输液一样,地膜覆盖的形式是对它的外面采用的,保水节水效果十分明显。   “我们通过对比试验,总结出了膜下滴灌的十个好处,即:一个减少,四个节约,五个提高。”这个地方的有关人士是这样说的:“一个减少是减少了病虫害的发生;四个节约是节约了水资源70%左右,节约了肥料,节省了电能,节省了费用;五个提高是提高了蔬菜的质量和产量,提高了劳动生产率,提高了土地利用率,提高了土地质量,提高了经济效益。”他还补充说,因为他们那个地方的人们就都是这样认为的。   知识库   膜下滴灌的推广不受地形影响,不用打埂,不用除草,省工。他说,采用喷灌技术,一个人能浇灌25亩,而采用膜下滴灌一个人可以浇灌100亩,效率提高了4倍。一亩滴灌的投入不到500元,当年即可收回成本,而且设备可以多年重复使用,是一项投资少见效快的节水灌溉项目,加上各级政府和有关部门的大力支持,深受农民欢迎。   七甲乡有2.5万亩水浇地,在2006年前大部分实现了节水灌溉,几乎没有大水漫灌的传统灌溉方式。2006年,该乡开始推行膜下滴灌技术,2008年乡政府补贴农户20万元实施膜下滴灌,新增膜下滴灌3000亩,全乡膜下滴灌面积达到了6千亩。   ◎风力提水灌溉   ※风力提水灌溉   什么是风力提水机呢?它就是几个风扇架设在高高的支架上的一种设备,它在外形上和风力发电设备没什么两样。没有电,没有柴油机,但只要有风,随着风扇的转动,它的水管里就哗哗地不停流出水来的一种设备,人们可以在它的基础上更好地认识它。   如果要说风力发电,尚义县不愧是一种典型的代表。风能在尚义是一种取之不尽、用之不竭的自然资源。但是,风力提水在尚义还是一件新鲜事。在那时,尚义县开始引进的风力提水试验项目率先在“抗旱农业示范园区”以及满井镇等地都有这种风力提水的装置。   不过在它的一些边远山区,一些地方有坑塘、大口井等水源也是存在的。由于没电,无法抽水,这些水源一直没有得到利用。看着近在眼前的水源却无法浇灌干旱的土地,农民们干着急没办法。也有一些农民使用柴油机带动水泵提水,不过油价是一天比一天高,到后来人们就不对它抱希望了。   在多次外出考察的基础上,又由它的县情实际可以断定,该县投资50万元在满井镇、甲石河乡、北林场分别引进了5处风力扬水示范工程,收到了较好效果。试验示范表明,10米深的水位的每眼大口井(坑塘、水池、水库)的地表水源,配备一组风力提水设备,可灌溉100亩耕地。风力提水灌溉技术的引进,为尚义县趟出了一条水资源匮乏区和山区改善农业生产条件新路子。全县农村现有的40眼大口井(坑塘、水池、水库)等地表水源,要对它进行全面修复利用,新增水浇地4000亩的灌溉农田,人们又对它进行了很好的利用。   “尚义县抗旱农业试验园区”的负责人是这样说的,风力提水工程技术主要是利用现有的水源工程配备风力气压自控扬水机提水进行灌溉,能够在没有电力、动力的情况下,充分利用河流、坑塘(水池、水库、大口井)等水源,低水高扬或近水远送是可以考虑的,因为这方面的用途是很大的。同时风力提水灌溉项目省钱省事、灵活方便,一次性投入可长年受益。这种方法最适宜于山区和贫水地区,它对于解决小块状、小规模零星分散地块灌溉非常有利。   ◎探寻节水新路   以农业为主的尚义县最大的问题就是干旱缺水,很长时间以来,它们都面临着这样的问题,近年来由于蔬菜产业的兴起,出现了愈来愈严重的地下水超采现象。10年来,该县主菜区地下水位平均下降了30多米,过去常见的自流井断流了,20米左右的浅层井全部干涸,现在打的井深度都在80米以下。因而,只有严格控制地下水开采,大力发展节水灌溉,要想让这个县的农业生产和国民经济进行可持续发展,离开了这些都是不行的。   从2005年开始的时候,对于尚义的坝上水资源严重匮乏的实际情况,他们采取了一些措施,在巩固提高原有12万亩防渗渠灌、管灌、喷灌等不同节水形式成果的基础上,通过引进以色列的国际高端膜下滴灌节水技术,按照示范引导、逐年推广和政府补贴与受益者出资相结合的办法,已在全县推广3万亩,涉及全部蔬菜种植区。针对坝上山区立体条件差、地块零星分散等自然特点,该县在山区河川乡镇,充分利用水库、坑塘、大口井等浅层水源,创造性地实施了投资少、效果好、灵活方便的坑塘浅层水源膜下滴灌工程,新增节水灌溉面积3000亩。2008年,该县在“抗旱农业示范园区”示范引进了风力扬水节水灌溉技术并获得成功。   在2009年的时候,该县还有2万亩的膜下滴灌面积会增加,到那时会有5万余亩的膜下滴灌区分布在这个县内。   无论是大水漫灌还是防渗渠灌溉,不管是管灌还是喷灌,直到最终把坐标定位在膜下滴灌,尚义县走出了一条不平凡的节水之路。经过多年努力,尚义县的节水灌溉面积达12万亩,占到总灌溉面积80%,全国节水灌溉重点示范县就是这样被评上的。   试想一下,膜下滴灌和风力提水结合起来,既利用了丰富的风力资源,又使节水灌溉得到更大面积的推广,岂不是一举两得?目前尚义县的人们正在积极着手这项技术的试验示范,一旦可行,一个更科学更高效的新时期在前面迎接着尚义的节水灌溉。   1.什么是风力提水灌溉?   2.哪个国家的风力提水灌溉技术比较先进?   3.风力提水灌溉技术给国家带来了哪些资源节约?   海水淡化   ※海水淡化只是说全球经济发展战略的话,可持续发展战略行贯彻落实的时代就是21世纪。中国在实施可持续发展战略中,水的可持续利用问题日益突出。换句话说,水已经成为制约我国经济和社会发展的重要因素。所以,政府部门、社会各界都非常关注水的问题。各行各业围绕水的发展战略、管理体制、技术路线、市场开发等都是各行各业围绕水需要做的工作,它们在每个方面都有一个利用措施。   在最初的时候,市场经济的方向一直是中国行将实施的新水价机制的目标,说明水经济时代将在21世纪的中国成为热点。这意味着水经济的背后蕴藏着水管理体制的巨大改革和对一些技术应用限制的突破。面对新的机遇和挑战,仁者见仁,智者见智。本文结合可持续发展中全球普遍倡导的生态经济特点,提出一种将水业、能源、盐业三个业已成熟的行业有机结合而形成的一种三位一体的清洁生产技术构想。在技术方面的范围和沿海与海岛区域有关,而且那些苦咸水地区也是非常适合这种技术的,所以人们还是应该注意这方面的研究的。   三位一体的清洁生产技术构想或许到2025年的时候,缺水问题将会出现在全世界几乎1/3的人们面前,波及的国家和地区多达40多个。目前我国600多个城市中,有300多个城市缺水,其中110多个城市严重缺水。沿海地区也不例外,水已经成为这些地区经济发展的瓶颈。按国际惯例,一个国家用水量达到水资源可利用量的20%便会产生水危机,而到本世纪中叶,我国总用水量将增至8000多亿立方米,占我国可利用水资源的28%。所以可以说,我国的一些地方还是需要面对的,淡水资源问题的确是我们每个人应该关注的,因为人们离不开淡水资源,它不仅对人类有很多的益处,地球上的很多生物都是离不开它的。   我国海岸线的总长是32647公里,这样一个长的海岸线决定了一些因素。我国当属海洋大国,向海洋要水,开发利用海水资源,进行海水淡化不失为一种解决沿海地区与海岛区域淡水紧缺的有效战略途径。现在,海水淡化技术是需要关注的,在大海中进行淡水淡化技术的利用已经是世界各国的共识。   知识库   海水淡化,亦称海水脱盐,一般是通过反渗透或蒸馏法除去海水中盐分并获得淡水的工艺过程。无论是反渗透还是蒸馏法最主要的运行管理费用表现为电耗。化石燃料(如,煤)发电所提供的能量非清洁能源,即使再便宜也存在着发电过程排放CO2,从而污染大气的问题。事实上,沿海和海岛区域蕴藏着丰富的风力资源,风力发电无疑是一种被全球普遍看好的可持续清洁能源。所以,就近利用风电进行海水淡化不失一种理想的技术组合。海水淡化以目前使用较多的反渗透技术而言,淡水产水率约为处理海水量的2/3,而余下的1/3则形成含盐量极高的所谓“浓缩液”。一般而言,浓缩液通常被作为副产品或“废弃物”而排回大海。如果浓缩液被当作海盐生产的原料,这无形中等于减少了2/3的海水蒸发量,即,缩短了2/3的晒盐时间进程。因此,将风能发电、海水淡化、海盐生产这三个业已成熟的技术有机结合则可能会产生一个完全没有废弃物与污染物、且完全符合生态经济学原理的新兴产业。   ◎海水淡化的现状与未来   海水淡化技术一般有蒸发法,膜法(反渗透、电渗析)和冷冻法。和蒸发相比,膜法淡化海水具有投资省、能耗低,占地少、建设周期短、操作简便、易于自控、启动迅速等优点。膜法主要指反渗透(RO)技术,它利用半透膜,在压力下允许水透过而使盐分和杂质被截留的技术。因此,膜法,特别是以反渗透(RO)技术为主的膜技术,自30年前进入海水淡化技术市场以来,其工程应用一直呈上升趋势。以亚洲地区的日本为例,目前全日本已安装的海水淡化装置总生产能力为109×106立方米淡水/日,其中,反渗透装置生产能力便占了90%。近年来,日本每年平均以新建一座生产能力为5万立方米~6万立方米淡水/日的速度发展反渗透海水淡化技术。日本现有187座用于海岛饮用水的反渗透海水淡化装置,总生产能力为12.3万立方米淡水/日。迄今为止,在1996~1997年间建成的一座最大的反渗透海水淡化工厂处理能力为4万立方米淡水/日。   海水淡化是当今世界竞相研究与应用的高新技术,除了上述提及的亚洲日本外,北美的美国,欧洲的西班牙、英国、法国等国,以及中东的以色列等国的反渗透技术也已经相当发达,并且相继形成了海水淡化产业。   目前,英国的反渗透技术正以8~10%的年增长速度快速发展。在英国,因为膜技术在水处理行业的广泛应用,已经出现许多专门从事膜清洗的专业性公司。英国一家膜清洗公司从他们飞速发展的业务中预测,再经过50年的时间,人类所有的饮用水恐怕都要经过膜处理后才能饮用。这不仅仅是因为膜能够截留像盐分这样的化学物质,而且它还能截留病原菌与病毒。   相比之下,我国的海水淡化技术虽然研究始于上世纪的50年代,经过近半个世纪的发展也有了一些经验和长足进展,但是由于国人对反渗透等淡化技术应用的认识仅停留在过高的生产成本上,所以,目前以反渗透为主的海水淡化技术在国内还没有大规模地应用。   能耗是决定反渗透海水淡化技术生产成本的关键。然而,反渗透的能量消耗已比传统蒸发法低若干倍。如果考虑将反渗透膜料液侧排出的高浓缩液中的能量回收,比如带动水轮机、多级离心泵等,则可以回收其中80%~90%的能量,从而使反渗透脱盐的能量消耗节省35%左右。虽然反渗透海水淡化的综合成本估计为5~10元/立方米淡水,但与专家目前估计的“南水北调”5~20元/立方米的综合成本相比较,反渗透海水淡化技术的优势在经济上初露端倪。况且,反渗透海水淡化是与风能、产盐综合为一体的生态经济或清洁生产技术。美国有关资料认为,远程调水超过40公里,成本将超过海水淡化。   知识链接   在海水淡化综合成本逐渐下降的同时也应注意到海水淡化所需的动力消耗主要来源于化石燃料,如,煤,石油。换句话说,传统海水淡化技术正在用一种不可再生的非清洁能源来换取另一种资源的使用。显然,现在的工业化经济模式已不能维持经济的进步。当我们目光短浅的为保持现行经济模式而努力的时候,我们正在耗尽地球的有限资源,同时也污染着生存的环境。可以说,目前经济繁荣的同时也暗示着现行经济发展模式的长远前景是生态赤字。因此,伴随着可再生的清洁能源问题解决,反渗透海水淡化不失为解决我国沿海与海岛区域水资源匮乏的一项行之有效的技术措施。   ◎风能——潜在的清洁能源   从以上分析得知,未来我们需要将海水淡化,我们更需要为海水淡化提供清洁能源。那么,在沿海与海岛区域蕴藏着巨大的风能便是一种潜在的清洁能源。   20世纪80年代初,现代风能工业在加利福尼亚诞生。到了90年代,对环境保护的要求日益严格,特别是要兑现减少排放CO2等温室气体的承诺,风电的发展进一步受到鼓励。1999年10月5日,欧洲风能协会的一项国际能源研究报告指出,到2020年,风能可以提供世界电力需求的10%,并创造170万个就业机会,同时在全球范围减少100多亿吨CO2废气排放。风电技术经过20年的开发日臻成熟,商业化风电价格已经下降了80%,风电成本已经从20美分/千瓦·时持续下降到3美分/千瓦·时。   全球风电发展在近十年有着十分快速的进展,每年以近40%的速度增长。根据欧洲风能协会的统计,2002年,全球新增风电装机容量为6868万千瓦,从而使世界累计风电装机容量超过3100万千瓦。其中德国与丹麦最为突出。丹麦是开发风电最早的国家而且在风电机组技术和生产方面仍然处于领先地位;德国风电装机总量8753兆瓦,位居世界第一。欧盟风电发展规划目标是2020年达到100吉瓦,届时风电的比例将超过10%。亚洲的风电到2002年初,装机总容量已达到2220兆瓦,占世界风电装机总容量的91%。   ◎我国风力资源   ※日本新近研发的垂直轴风车   据中国气象科学研究院估计,全国风功率密度为100瓦/平方米,风能资源总储量约为3226吉瓦,可开发和利用的陆地上风能储量有253吉瓦(依据陆地上离地10米高度资料计算);每年风速在3米/秒以上的时间近4000小时左右,一些地区年平均风速可达7米/秒以上,具有很大的开发利用价值。   据最新科技报道,日本已开发出垂直轴风车。这个风车的最大特点和其他的风车是很不一样的,它是可以利用各个方向的风,在风速达到3米/秒时即可发电。这样一来,风速需达≥6米/秒时才适合经济发电的传统认识便受到挑战。换句话说,这种新型风力发电机的问世会使得我国可利用的风力发电资源至少增加1倍。该风电机组是采用静音设计的,因此对住宅密集区也可以使用。由此可知,人类利用风能的技术会有一个更大的提升空间。   ◎我国风电发远景规划   我国并网型风力发电机组是慢慢强大起来的,在2001年年底的时候它的装机容量是3999兆瓦。“十五”期间,风力发电发展重点是:一是新建设100兆瓦风电场约3~5座(包括海上风电场),并取得规模效益;二是鼓励有风能资源但还未建设一座风电场地区的电力企业或非电力企业开发风电项目。21世纪将是我国风能大发展时期,风力发电总装机目标:不过在2005年的时候,全国的电力工业总装机容量是05%,也就是说大约1500兆瓦。2010年已经达到3000兆瓦。   ◎有关风电的政策扶持   现在我国的风力发电事业,也有了一系列相应的优惠政策,为中国的风力发电发展提供着的新动力。如国家计委于1996年提出“乘风计划”。支持风电立项,协调各方关系,并积极着手制订风电发展优惠政策,力图解决风电并网、风电电价、设备进口关税和增值税问题;国家又出台了一些文件,其中有一个是《关于进一步支持可再生能源发展有关问题的通知》。文件规定对于银行安排基本建设贷款的项目给予2%的财政贴息;国家经贸委与财政部、国家税务总局协调后,国务院在2002年的时候有了这样的批准,出了相关的优惠政策,那就是风力发电减半征收增值税的好消息。   ◎对于风电产业可持续发展的一些思索   原有的能源框架是不是在一定的程度上可以由一种新能源的出现来打破呢?这在很大程度上取决于该种能源的市场竞争能力,即生产成本。据统计,“我国目前风力发电的成本为0.42~0.72元/千瓦·时,在没有优惠政策及补贴的前提下,尚无法与火力发电竞争。”但这里需要特别指出的是,我们在计算一种能源的综合成本时主要运用的是经济方法而忽略了它在生态方面的价值。如将风力发电和燃煤发电加以比较。风力发电的成本,反映了涡轮机的制造、安装和维修以及向用户的电力输送。燃烧煤炭发电的成本具体有哪些呢?像建造发电厂、开采煤炭、运输煤炭到发电厂和向用户输送电力就是它的发电所需要的成本。这里没有包括的成本是,燃烧煤炭所排放的CO2对气候的破坏——无论是破坏性更大的风暴、冰盖的融化、海平面的上升,或者是创纪录的热浪。这个成本计算也没有酸雨对淡水湖和森林的破坏,或者由于空气污染引起呼吸系统疾病的医疗费用。所以,在燃煤发电厂的市场价格方面,它们的成本就是在这样一个环境下降低了。   此外还有一些信息,我国能源分布状况和能源使用状况还是存在一些其他的特点的,能源和电力资源多分布在中西部,而能源消耗和使用多分布在东南沿海和中部,这样就造成了大量的电力输送和电力输送设备的建设投资和运行,而东南沿海丰富的风力资源却没有很好地利用来进行风力发电。在我国广大的沿海地区,风能是非常丰富的,其稳定性和风速远高于陆地。在海洋环境中,风更稳定,更少紊流,也更少剪切力的风,因而可设计安装较便宜而寿命更长的风力滑轮发电机组。风力发电的优点就不用说了,因为它不但解决能源短缺的问题,同时还可以节省大量的输送设备这些都是人们所熟悉的,同时能源生产的本地产业化的目标也很容易地实现了。   ◎晒盐——传统海盐生产方式   ※晒盐   人们的日常生活中不可缺少的物质在某种意义上说是食盐。目前制盐的技术主要有盐田法,蒸馏法、电渗析法或冷冻法制盐,还有真空法制盐。就其本质来说制盐的关键就是要去除过多的水分,使其浓缩。海水制盐在各种盐业资源中是最具优势的生产方式。首先,海盐的原料是海水,取之不尽,用之不竭,而井、矿、湖盐资源都是有限资源。第二个特点就是,广阔的适合建立盐场的滩涂一般分布在中国的沿海地区,目前共有500多万亩盐田。由于盐田法节约燃料、工艺简单,加之我国有广阔的海岸线,因此从某些方面看,我国是海水晒盐产量最多的国家,同时盐田面积最大的国家也是我国,我国的年产海盐大约是1500万吨,大约相当于全国原盐产量的70%,相当于世界原盐总量的30%。   为节约能源而通常靠日晒蒸发水分一般是海盐生产过程中有的。这样一来便导致用原海水晒盐生产周期长、效率低下的缺陷。如果应用反渗透技术淡化海水,一方面能产生我们所需要的主产品——淡水,另一方面还会产生晒盐所希望的海水浓缩液。以海水淡化后的淡水回收率为60%~70%计算,其浓缩液如果被用于晒盐便相当于已蒸发掉60%~70%的水分,也就等于缩短海盐生产约2/3的生产周期,或提高约70%的生产效率。这样一来,也可极大地缓解海水晒盐场用地的供需矛盾。实际上,现代海盐生产的一种高效方式可以从膜法来寻找答案,不同的是所强调的主体有所不同罢了。   不仅仅如此,在利用反渗透海水淡化产生浓缩液的同时,积极开展对海水中化学物质的提取也是有必要的。海水中化学物质提取是有无限前景的新兴产业,溶解于海水的35%的矿物质是自然界给人类的巨大财富。不少发达国家已在这方面获取了很大利益。我国对海水化学元素的提取,目前形成规模的有钾、镁、溴、氯、钠、硫酸盐等。从某种意义上说,海水淡化成本的进一步降低也是靠它的,它在这里起到的作用就像是一条纽带,连接了它们之间的关系。   总而言之,经常所说到的风能发电、海水淡化与淡化后浓缩液晒盐这种三位一体的生态经济或清洁生产技术构是一种有着广阔的应用前景的能源,这也提醒人们要对它们进行很好利用。   1.风力海水淡化是什么原理呢?   2.为什么我们要使用风水淡化呢?

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