風(Wind)是指空氣的水平流動現象。地球上和大氣中,各處接收到的太陽輻射能和放出的長波輻射能是不同的,因此在各處的溫度也不同,這就造成了氣壓的差別,大氣便由氣壓高的地方向氣壓低的地方流動,水平方向的大氣流動就是“風”。所以風的能量是由太陽輻射能轉化來的。
風能(Wind Energy)是空氣流動產生的動能。是指風所負載的能量,是一種清潔的可再生能源。風能也是目前發(fā)展最快的可再生能源。
風能的大小決定于風速和空氣的密度。風的能量是由太陽輻射能轉化來的。太陽能經由風力機的機械,轉換為電能、熱能和機械能。風能可以用于帆船航行助航、風力提水、農副產品加工、風力發(fā)電、風力致熱等。
古代波斯人和中國人已經懂得使用風車,一直到12世紀,歐洲才普遍利用風車碾磨面粉和泵水。荷蘭低地使用風車抽排水,其風車的功率可達3.7kW。
世界上利用風力發(fā)電較晚,風力發(fā)電最早在丹麥,1985年才起步;美國1989年和德國1990年也開跑,中國和印度1992年、隨后西班牙、澳大利亞跟進。可以這么說,全球風力發(fā)電基本在一個起跑線上,中國于1992年開始有風能發(fā)電,區(qū)區(qū)之數,不足掛齒,僅為0.1 TWh,當然居世界末尾。2015年中國把久居領先的美國趕下臺了,中國發(fā)力了,把風能發(fā)電拉到世界第一。2020年中國風能發(fā)電量達到466.5 TWh,年增長14.8%,占世界總量的29.3%。
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利用風力發(fā)電的場合稱為風電場(Wind Farm),又稱“風力發(fā)電場”。由一批風力發(fā)電機組或風力發(fā)電機組群組成的電站。通常按照風電場址的主導風向和地形,將機組排成陣列,盡量減少相互間的尾流影響。風電場可以安裝在陸地上,也可以安裝在海洋上。
可用風速(Usable Wind Speed)指風輪機能正常工作的風速,一般為2~22m/s,超過這一風速時,風輪機自動閉鎖。
風力發(fā)電的成本接近天然氣發(fā)電,是目前較經濟的再生能源之一。海上風能比陸上多40%的產能,但裝置成本比陸地高60%,并且風險高。盡管如此,與成本昂貴的光伏發(fā)電比較,發(fā)電量大的離岸風力發(fā)電仍然顯示出優(yōu)越性。
根據BP2021年的統計,中國裝機容量占全球總量的百分率如表。
單位換算: 1GW=1000MW
風電場裝機容量(單位:GW)
根據BP 2021年的報告,2000年全球風電場年增長11.9%,發(fā)電量為1591.2TWh,其中發(fā)電量最多的國家是中國,中國于2016年超過美國,2000年增長11.9%,發(fā)電總量達為 466.5TWh,占全球風電場發(fā)電總量的466.5/1591.2=29.3%。其次是美國、德國、英國、印度和西班牙。
風電場發(fā)電最多的國家(單位:TWh)
中國風電場發(fā)電量進程(單位:TWh)
中國風力發(fā)電
容量因數=特定機組全年實際發(fā)電量/特定機組理論上全年最大發(fā)電量
例如:600kW機組全年實際發(fā)電量為1500000kWh
容量因數 C = 1500000/(600*24*365.25)=0.285= 28.5%
容量因數數值理論上可以是從0-100%,但是實際中通常得到的數值范圍在20%-70%,并且絕大部分是在25%-30%之間。
全球陸地風電場
目前全球裝機容量大于250 MW的陸上風電場有85個風電場,待建的風電場有16個陸上風電場已經立項。
世界各國大于250 MW的陸上風電場
全球最大的前12大的陸上風電場,美國最多,占7座。盡管中國風力發(fā)電量居全球之首,僅占2座。
全球十二大的陸地風電場
中國平均風速見圖
中國大型陸地風電場
全球海上風電場
目前全球裝機容量大于200 MW的海上風電場有61個風電場在運行,待建的海上風電場有16座。目前海上風電場主要在西歐國家,如德國和英國。
世界各國大于200 MW的海上風電場
中國大于200 MW運行的海上風電場
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