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用 化 石 能 源 支 撑 的 现 代 文 明. 西气东输. 燃煤发电厂. 炼油厂. 提出解决方案. 环境污染. 能源短缺. 气候变化. 用什么来替代蒸汽轮机. ？. 太阳能. 核能. 锅炉蒸汽. 蒸汽冲动汽轮机. 汽轮机. 锅炉. 发电机. 切割磁力线发电. 风能. 风的起源. 大气环流.
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用 化 石 能 源 支 撑 的 现 代 文 明 西气东输 燃煤发电厂 炼油厂
提出解决方案 环境污染 能源短缺 气候变化
用什么来替代蒸汽轮机 ？ 太阳能 核能 锅炉蒸汽 蒸汽冲动汽轮机 汽轮机 锅炉 发电机 切割磁力线发电
大气环流 总的来说，风是由于太阳对地球表面加热不均而形成的大气压力梯度差引起的，空气从炎热的赤道移动到冰冷的极地去，形成大气环流。由于引起这一运动的根本驱动力是来源于太阳的，因此风能基本上可以认为是太阳能的间接形式。此外，风也要受到地球自转偏向力的影响，地形表面摩擦的影响，以及大陆和海洋间的温差影响等。
海陆风 海面和陆地上的温度差引起海岸上的气压差，形成的风称为海陆风。 白天，太阳辐射，陆地增热比海面快，产生低压。此时，海风从海面吹向陆地。 夜间，陆地冷却比海面快，形成高压。陆风从陆地吹向海面。 早晨和晚上的风向相反，风速减慢，并且形成静风。 海陆风受地形以及气候影响很大，通常海上风速为5～6m/s，陆地风速大约为2～3m/s。温度差比较大的海风，其风速更大，并且可以延伸到陆地20～40km的地方。
山谷风 白天山坡温度高于山谷上方相同高度的空气温度，并且形成低压，谷风从谷地吹向山坡。夜间山坡降温速度比相同高度的空气快，形成高压，山风从山坡吹向谷地。
风速随高度变化 从空气运动的角度，通常将不同高度的大气层分为三个区域。离地面2m以内的区域称为底层；2～100m的区域称为下部摩擦层，底部与下部摩擦层总称为地面境界层；从100～1000m的区段称为上部摩擦层，上述三区域总称为摩擦层。摩擦层之上是自由大气。各种不同地面情况下，如城市、乡村和海边平地，其风速随高度的变化也不同。
中国风能资源分布 中国风能资源主要分布在中国北部和东南沿海地区；超过3000h/年风速超过3m/s。
风力制热 风力热水装置示意图
1897年 1891年 Poul la Cour （1846-1908） 丹麦风电先驱 安装在Askov Folk High School两台试验风机 利用齿轮箱来驱动两台9kW直流发电机，一台采用蓄电池充电，另一台采用电解水制氢。在学校设置的氢煤气照明系统，自1895年起持续使用了7年。 1869年获得气象学硕士，1872成为气象研究所副所长。1878年和太太因喜欢农村教育到Askov Folk High School任教，教数学和物理。1897年为实现农村现代化，发明了风电，并开办风电学员班。1903年成立丹麦风电公司，1908年拥有10～20kW级的风力发电机组72台。1905年成立风电工程师学会，会员356人。La Cour 为了设计高速风力发电机组的风轮，采用平板型、曲板型、弯曲型等各种翼型，以及改变它们的叶片数重复进行了多次风洞实验。 1904年风电学员班 和太太Christine 在 Askov
Johannes Juul （1887 – 1969） 丹麦风电工程师 Poul la Cour 1904年“风电学员班”的学生Johannes Juul 为风力发电事业做出了开创性工作。在1947年曾提议风力发电采用并网运行方式，输出交流电，他利用实验用的风力发电机组做了试验。Juul采用定桨距风轮失速特性去控制风力发电机组的输出。在此成果基础上，在1956-1957年成功地制造了Gedser盖瑟风力发电机组（直径24米，额定功率200kW），无故障运行10年。该风力发电机组采用三叶片上风向叶轮、电机偏航、异步发电机等开创性设计，并一直延续到现代风力发电机组。 现代风电技术起源
大型风电机组的探索 由于风能密度小，所以世界各国开始从事大型化风力发电机组的研究。第一台大型风力发电机组是1931年在前苏联黑海沿岸Balaclava建成的100kW风力发电机组。此后的1941年，在美国佛蒙特州的Grandpa山顶上建设了世界上第一台兆瓦级的（Smith Putnam）风力发电机组，其输出功率为1250kW,直径为53m，带有两个不锈钢的叶片，每个叶片的重量达8t。试验运行之后，1945年3月开始正式商业化运行。但遗憾的是只运行了一个月，就因一个叶片的脱落而停止运行，再加上战争期间获取材料困难，因此该项开发研究被中断。除此以外，在1930-1960年，研究开发与商业用电力网相连的输出功率为100kW以上的大型风力发电系统已多达十余个。但是除了西德Hutter风力发电机组和丹麦Gedser风力发电机组以外，其他都以失败而告终。到20世纪90年代末，1000～1500kW的风力发电机组的生产变成了现实。 世界上第一台兆瓦级风力发电机组 （Smith Putnam， 输出功率1250kW)
发电机 风力机 风 能 电 能 机械能 — 输出功率系数(风能利用系数） — 空气密度，kg/m3 A — 转轮旋转圆面积，m2 V — 风速，m/s 风力发电原理 风力机的输出功率L (W) 影响因素 风速 叶片设计 叶片受风面积
飞机起飞 叶轮转动 飞机在发动机驱动下向前飞行时，流过上下翼面气流的流速不一致，上翼面流速快于下翼面，造成上翼面空气压力低于下翼面，从而使机翼产生升力，当升力大于飞机的重力时飞机就能升空飞行了。 现代风力发电机组的叶片也采用飞机的机翼形状，产生的升力带动叶轮旋转。
风力发电机种类 • 1.水平轴式（螺旋桨式） • 风车的旋转轴是水平的，扇叶必须针对方向，所以其缺点是必须将发电机和控制设备安装在塔上方且要有尾翼以改变风车方向。
旋转叶片 控制柜 风速仪 低速轴 高速轴 发电机 偏航电机
2.垂直轴式 风车的旋转轴是垂直的，不论任何方向的分吹来都可以旋转扇叶发电，但风力不够强扇叶将不会转动。
风电场类型 陆上风电厂
风电场类型 海上风电场
我国首座海上风电场 上海东海大桥风电场由３４台单机容量为３兆瓦的风电机组组成，风机轮毂高度９０米、叶轮直径９１．５米，采用三叶片、水平轴、上风向的结构形式，总装机容量１０２兆瓦，设计年发电利用小时数２６２４小时，年上网电量２．６７亿千瓦时，项目总投资２３．６５亿元。每年可以节约８．６万吨标准煤，减轻排放温室效应性气体二氧化碳２３．７４万吨。
三峡电站 22.5GW
我国风能快速发展的驱动力？ 面临的问题？
水能 势能转化为动能
太阳能是形成水能的原始动力 云层输送的雨水到高原形成水循环 太阳能使水蒸发到天空 高山流水 顺势而下
水坝是能量的聚集点 巨大能量的聚集需要电网远距离疏散
水电站 三峡水电站大坝高185米，蓄水高175米，水库长600余公里，总装机容量达到了2250万千瓦，是全世界最大的（装机容量）水力发电站 我国第一座水电站——云南石龙坝水电 1912年4月发电，装机容量为1440 kW
总量丰富，开发不足 可开发总量世界第一，占世界总量16.7%. 到2008年底，水电装机容量达到了1.65亿千瓦，按技术可开发量计算占可开发量30％，低于发达国家60％的平均水平。东部，已开发70％以上，可开发的大型水电站只剩下3座，共136万千瓦，即浙江摊坑电站（60万千瓦，目前在建)、大均电站（46万千瓦）和福建街面电站（30万千瓦）；西部，开发率仅7.5%. 地区分布不均，与经济发展不匹配 东部地区（13个省市）水电资源占全国总量的8％，中部地区（6个省）占11％，而西部地区（12个省、市、自治区）高达81％，但51％用电量在东部。
国际问题 怎样开发利用雅鲁藏布江水能资源 雅鲁藏布江水能资源丰富，全流域水能蕴藏量超过1.13亿kW，约占全国1/6
海洋能 波 潮
潮汐、波浪的形成 潮汐是海水受太阳、月亮的引力作用而形成的 波浪是在风直接作用下产生的水面波动
江厦潮汐电站 江厦电站位于浙江省温岭市西南角的江厦港上，离城约16公里，1972年由国家计委批准建设，从1980年5月4日第一台机组运行至1985年底5台机组全部投产，至今已运行三十多年，是我国运行情况最好和装机容量最大的电站，其装机容量3.2MW仅次于法国朗斯电站(24×10MW)，加拿大安纳波利斯电站（20MW）名列世界第三而备受瞩目。
潮汐发电 还有什么新想法？ 瑞典“水下风筝”的翼展为12米，放在水面下20米，一个约1米长的涡轮发电机，被一根约1000米长的电缆绳拴到海底，可产生出高达500千瓦的电力。潮汐流的速度为每秒1.6米,“水下风筝”可使海水速度提高10倍。
