風力的利用,從古代就開始了。14世紀荷蘭人改造了風車結構,廣泛用來排除沼澤的積水和灌溉萊茵河三角洲。到19世紀,風車的使用達到全盛時期,當時不僅荷蘭有風車1萬多臺,美國西部地區(qū)農村更有風車100多萬臺。
然而,20世紀以來,內燃機和電子技術的廣泛應用,導致了輪船風行世界,依靠風力推動的帆船幾乎被淘汰,古老的風車也一度變得暗淡無光。1973年全世界能源危機發(fā)生以后,人們才認識到煤、石油等礦物燃料儲量有限,終究會消耗殆盡,燃料燃燒會污染大氣,使環(huán)境問題日益嚴重,于是,可再生而又無污染的風能,又以新的姿態(tài)進入了人類的生產和生活。
風是一種潛力很大的能源。也許有人還記得,18世紀初,橫掃英法兩國的一次狂暴大風,吹毀了400多座磨坊、800多座房屋、100多座教堂、400多條帆船,并有數(shù)千人受到傷害,25萬株大樹被連根拔起。僅就拔樹一事而論,風在數(shù)秒鐘內就發(fā)出了1千萬馬力(即750萬千瓦;1馬力等于0.75千瓦)的功率!科學家估計過,地球上可用來發(fā)電的風力資源約有100億千瓦,是現(xiàn)在全世界水力發(fā)電量的10倍。目前全世界每年燃燒煤所獲得的能量,只有風力在一年內提供的能量的1/3000。
一般說來,風速為3.4—5.4米/秒的3級風就有利用價值。從經濟合理的角度出發(fā),風速大于4米/秒才適宜于發(fā)電。風力愈大,經濟效益也愈大。
1977年,原聯(lián)邦德國在有“風谷”之稱的布隆坡特爾,建造了一座世界上最大的發(fā)電風車。風車高達150米,比美國“摩德2號”風力電站高出45米。塔頂?shù)臋C房能以0.5米/秒的速度轉動,根據(jù)風向調節(jié)風車的迎風面。當風速為6.3米/秒時,風車開始轉動,風速達12米/秒時可發(fā)出3000千瓦的電。這個電站可供給250戶住宅的各項用電。
1979年上半年,美國在北卡羅來納州的藍嶺山上,又建成了一座發(fā)電用的風車。這個風車有10層樓高,風車鋼葉片的直徑60米。葉片安裝在一個塔型建筑物上,因此風車可自由轉動并從任何一個方向獲得風力;風力時速在38千米以上時,發(fā)電能力也可達2000千瓦。由于這個丘陵地區(qū)平均風力時速只有29千米,因此風車不能全部運動。但是,即使全年只有一半時間運轉,它也能夠滿足北卡羅來納州7個縣1%—2%的用電需要。
現(xiàn)在,在德國,每年風力提供的能量占全國所需能量的6%—8%。歐美許多國家正興起采用風力機群聯(lián)合發(fā)電的熱潮。500千瓦的風力發(fā)電機開始進入市場。1994年初全世界風力發(fā)電機裝機容量已達371萬千瓦,而到1997年世界裝機容量則猛增到152.6萬千瓦,其中以德國50萬千瓦為最多。
我國風能資源極為豐富。科學家計算,全國可利用的風能資源約為2.53×10瓦,相當于1992年我國發(fā)電總裝機容量的1.5倍。1983年建造在浙江泗礁島上的40千瓦風力發(fā)電站已并網發(fā)電。此后,在內蒙古自治區(qū)投入使用的50—500瓦小型風力發(fā)電機達10萬臺,使邊遠地區(qū)農牧民用上了電燈,看上了電視。
對于缺水、缺燃料和交通不便的沿海島嶼、草原牧區(qū)、山區(qū)和高原地帶,因地制宜地利用風力發(fā)電,大有可為。
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