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自1993年中国成为石油挣进口国的10多年来,我国的石油供应持续紧张。从近的方面来看,由于近期来石油价格的飞涨,2004年中国对外购买原油估计多支付了88亿美元外汇,高油价使中国的GDP下降0.7个百分点;从远的方面来看,目前各种预测均显示,到2020年,中国的石油进口量将达到2.3亿吨,对外依存度高达60%,因此开发新能源就成了当务之急。
目前,世界环境情况正在日益恶化,其中,利用煤炭、天然气、石油等燃料发电所产生的温室效应是千个重要因素,而核能发电则面临核废料的处理问题,不利于环境保护。根据1995年联合国所做的一份调查报告,认为清洁能源——水能、风能、太阳能、生物质,能的开发利用将是最有利于人类的,而其中最便宜的就是发展太阳能和风能。风能作为清洁、可再生能源具有许多优点:取之不尽、用之不竭:就地可取、不需运输;分布广泛,分散使用;不污染环境,不破坏生态;周而复始,可以再生。风能发电也是一种有利于环境保护的发电方式。
风是空气的水平运动,它是由于地球表面接受太阳辐射量不均匀而造成的。太阳辐射能来源于太阳内部氢核的聚变热核反应,从而释放出巨大的光和热,因此只要有太阳的存在,就有风能,所以从广义上来说风能属于太阳能的范畴。就世界范围而言,风力发电是新能源发电中技术最成熟,最具有规模开发的发电技术之一。由于风力发电可以减少环境污染,调整改善电力工业结构,推进技术进步等各种优点,因此备受世界各国的关注,目前已在世界上几十个国家得到了广泛的开发和利用。我国蕴藏着丰富的风能资源,具备了大规模开发的条件。
远在近4000年前,我国就有利用风力驱动的帆船了。夏朝是我国有文字记载历史的第一个朝代,据记载:夏禹除了有治水的大功外,还“作舵加以篷碇帆樯”,也就是说,在近4000年前,我国已经有风帆船了。宋代宋应星的《天工开物》一书中载有:“扬郡以风帆数扇 ,俟风转车,风息则止。”这对水平风车是一个较完善的描述。其后,方以智所著,《物理小识》一书中有“用风帆六幅,车水灌田”的描述,描述了用风车灌溉的,情况,以后又发明了立帆式风车。1950年我国政府曾作过调查,在我国太湖周围就有用风力提水的设备20万台,这种篷车的6扇布篷分别装置在6根等分的竹竿上,上篷、落篷十分自如。
清代嘉庆年间,周庆所著的《盐法通志》上有关于一种大风车的记载:“风车者,借风力来回转动以为用也,车帆高二丈余,直径二丈六尺许。上安帆八叶,以受八风,中贯木轴,附设平行齿轮。帆动轴转,激动平齿轮,与水车之立齿轮相啮合,则水车能旋转,引水而上。”但十分遗憾的是书中并没有谈到发明人。
总是说来,在19世纪以前的几个世纪,风力机作为一种替代人力的能源对生产力的发展起过一定的作用。如荷兰在18世纪中叶有风车9000座。美国在 19世纪中叶拥有有名的“美国农场风车”600万台以上,用于提水和发电。但随着蒸汽机出现以后,矿物燃料如煤、石油、天然气的大规模开采和廉价电力的获得,风力机的使用大幅度减少。各种被广泛使用过的风力机,由于其成本过高,功率过低,无法与蒸汽机发电等竞争。如号称“风车国”的荷兰仅留下900座风车,基本上是为招揽游客而开动的。美国仅在偏远地区还剩下15万台左右的风车,风能的应用似乎已经退出了历史舞台。
随着人类对能源的需求的不断增加,1973年以后受能源短缺的影响,风能与太阳能又重新被看作是一种补充能源,得到了全球科学家的普遍重视。特别是在1992年里约日内卢国际环保发展大会以后,人们对环保问题越来越关注,干净再生能源风能又受到了世界各国的青睐。
2001年7月,除美国外的全球各国在波恩就京都议定书达成共识,赞成推动风力发、电的发展,并一致认为核电并非“清洁能源”,按照京都议定书,欧洲各国承诺,在2008—2012年期间减少温室气体排放8%,回到,1990年的水平。其中一项措施就是增加可再生能源的发电量和使用,其中发展风力发电是其中重要措施之一。
近年来,我国科学工作者根据全国900多个气象台站做出的多年平均风能密度分布图,完整细致地估算出全国各省离地面10米高度层上的风能资源量,我国陆地上的风能资源实际可开发量为 2.53×1011瓦。这还不包括我国近海的风能的储量。根据不完整的资源估算,近海 (水深10米),离海面10米高,风能储量约为陆地的3倍多,即7.5亿千瓦。
建国后,我国的风能资源开发利用大致可分为5个阶段:
1950年代在发展传统风车的同时,开始摸索研制风力发电机组;
1960年代重点发展风力提水;
1970年代末开始重点开发小型风力机组;
1980年中期开始,在推广小型风力机组的同时,重点科技攻关大中型风力发电机组;1983年在山东荣城建立了我国第一个风电场。
1990年代开始,风力发电开始进入了一个前所未有的发展时期,风电场的建设迅速发展起来。
随着时间的推移,风力发电技术发展很快,单机容量已从55千瓦发展到 600千瓦,目前1兆瓦以上的机组技术也已成熟,并已商业化。
近年来,我国大型并网风力发电发展迅速,2003年我国新增风力机组131台,装机容量9.8万千瓦,新增8个风电场。到2003年底全国累计风电机组1042台,共有40个风电场,分布到14个省、直辖市和自治区,我国的风力发电已进入了一个新阶段。
我国目前装机容量规模在10兆瓦以上的风电场有新疆达板城、广东南澳、辽宁东岗、内蒙古辉藤锡勒、吉林通榆、广东惠来、辽宁丹东和浙山括苍山等。
2000年我国装机344万千瓦,排名世界第9位,为第1位德国的1/18,第5名印度的1/3。这说明我国发展风力资源还是有很大的空间。
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