在自然界的能源中,风能是极其丰富的。据粗略估计,近期可以利用的风能总功率约为106~107兆瓦,这个数值比全世界可以利用的水力资源大10倍。但是,这笔巨大的自然财富还有待人类去大力开发。
我国是利用风能最早的国家。早在2000多年以前,利用风力驱动的帆船已经在江河中行驶,明代开始应用风力水车灌溉农田,并且出现了用于农产品加工的风力机械。
现代利用风能的主要方式是风力发电,它的核心是风轮机。
风轮机可以分为水平轴和垂直轴两大类。
图8-2是一种水平轴风轮机。高高的机架上装着一个可以在水平方向转动的工作台,台面上有发电机。台架的尾部装有一个尾舵,它靠风力来回转动,让风轮总是迎风转动。巨大的风轮叶片有十几米长,转动起来的力量是很大的。
在丹麦日德兰半岛北部的奥尔堡,有一座巨大的风车。安装风车和发电设备的钢筋混凝土塔有13层楼高,塔顶直径3米,塔底直径6米。风车的叶片长27米,一个叶片就有5吨重。在风力推动下,巨大的风车每分钟转40转。风车后边的雪茄烟形状的机舱里安放着发电机,它每年可发电400万千瓦时。
这座巨大的风力发电机,是一所中学、一所师范大学和一所“旅行大学”的教师和学生筹资建成的,没有向政府和工业界要一分钱。工程设计、建造以及部分零件的制造,都是数百名学生和教师一起完成的,只聘请了4位工程师和专家作指导。这是世界上业余爱好者制作的最大的风车。
垂直轴的风轮机,也叫中国式风轮机,它的“祖先”是立帆式风轮机,诞生在我国北方沿海一带,估计是在宋朝时出现的。这种风轮机的轴与风向大体垂直,是竖直向上的,风帆总是朝一个方向转动。
图8-3是我国研制的垂直轴风轮机示意图,竖直的轴在风吹时转动,带动下部的发电机发电。这种风力发电站是大有发展前途的。
我国适合风力发电的区域非常广阔,特别是东南沿海和西北草原地区。这些区域的年平均风速分别达到6~8米/秒和4~6米/秒,具有相当大的开发、利用价值。
我国科技人员在七五计划期间,进行风能利用的攻关。研制了6种百瓦级、4林千瓦级和4种10千瓦级风力发电机组,使我国风力机系列55千瓦级以下品种基本齐全,性能和质量有了新的提高。主要性能指标均达到国际先进水平。其中研制的两台55千瓦发电机组,已在山东长岛安装,部分性能指标达到国外样机的水平。研制的5种风力提水机组,其中FDG-7型大流量风力提水机组,是我国目前功率最大的风力提水机组,在低扬程大流量风力提水机类型中,处于国内外领先地位。
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