发展风能——中国能源格局的必然选择

据估计，到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能，但其总量仍十分可观。人类利用风能的历史可以追溯到公元前。古埃及、中国、古巴比伦是世界上最早利用风能的国家。公元前利用风力提水、灌溉、磨面、舂米，用风帆推动船舶前进。由于石油短缺，现代化帆船在近代受到了极大的重视。宋代是中国应用风车的全盛时代，当时流行的垂直轴风车，一直沿用至今。在国外，公元前2世纪，古波斯人就利用垂直轴风车碾米；10世纪阿拉伯人用风车提水；11世纪风车在中东已广泛应用；13世纪风车传至欧洲；14世纪已成为欧洲不可缺少的原动机。在荷兰，风车先用于莱茵河三角洲湖地和低湿地的汲水，以后又用于榨油和锯木。在蒸汽机出现后，欧洲风车的数目才急剧下降。

美国早在1974年就开始实行联邦风能计划。其内容主要是：评估国家的风能资源；研究风能开发中的社会和环境问题；改进风力机的性能，降低造价；主要研究为农业和其他用户用的小于100kW的风力机；为电力公司及工业用户设计兆瓦级的风力发电机组。美国已于20世纪80年代成功开发了100kW、200kW、2000kW、2500kW、6200kW、7200kW的6种风力机组。目前美国已成为世界上风力机装机容量最多的国家，超过2×104MW，每年还以10%的速度增长。现在世界上最大的新型风力发电机组已在夏威夷岛建成运行，其风力机叶片直径为97.5米，重144吨，风轮迎风角的调整和机组的运行都由计算机控制，年发电量达1000万kW·h。根据美国能源部的统计，至1990年，美国风力发电已占总发电量的1%。

瑞典、荷兰、英国、丹麦、德国、日本、西班牙等国家也根据自身的国情制定了相应的风力发电计划。如瑞典1990年风力机的装机容量已达350MW，年发电10亿kW·h。丹麦在1978年即建成了日德兰风力发电站，装机容量2000kW，三片风叶的扫掠直径为54米，混凝土塔高58米，预计到2005年电力需求量的10%将来源于风能。德国1980年就在易北河口建成了一座风力电站，装机容量为3000kW，到21世纪末风力发电也将占总发电量的8%。英伦三岛濒临海洋，风能十分丰富，英国政府对风能开发也十分重视，到1990年，风力发电已占英国总发电量的2%。

在日本，1991年10月津轻海峡青森县的日本最大的风力发电站投入运行，5台风力发电机可为700户家庭提供电力。我国位于亚欧大陆东南、濒临太平洋西岸，季风强盛。季风是我国气候的基本特征，如冬季季风在华北长达6个月，在东北长达7个月。东南季风则遍及我国的东部。根据国家气象局估计，全国风力资源的总储量为每年16亿kW，近期可开发的约为1.6亿kW，内蒙古、青海、黑龙江、甘肃等省风能储量居中国前列，年平均风速大于3m/s的天数在200天以上。

20世纪50年代末至60年代中期，我国的风力机是各种木结构的布篷式风车，1959年仅江苏省就有木风车20多万台，主要是发展风力提水机。20世纪70年代中期以后，风能开发利用列入“六五”国家重点项目，得到迅速发展。进入20世纪80年代中期以后，我国先后从丹麦、比利时、瑞典、美国、德国引进一批中、大型风力发电机组，在新疆、内蒙古的风口及山东、浙江、福建、广东的岛屿建立了8座示范性风力发电场。1992年装机容量已达8MW。新疆达坂城的风力发电场装机容量已达3300kW，是全国目前最大的风力发电场。至1990年底，全国风力提水的灌溉面积已达2.58万亩。1997年新增风力发电10万kW。目前中国已研制出100多种不同型号、不同容量的风力发电机组，并初步形成了风力机产业。尽管如此，与发达国家相比，中国风能的开发利用还相当落后，不但发展速度缓慢而且技术落后，远没有形成规模。我国应在风能的开发利用上加大投入力度，使高效清洁的风能在中国能源的格局中占据应有的地位。

全球风能产业的发展在经历了几次兴衰交替后终于峰回路转，迎来了新一轮的热潮。在美国，风能产业最繁盛的当属得克萨斯州，这里已经拥有了1.24万MW的风电装机量。风能对该州电网的贡献也与日俱增。我国2010年已经实现超越美国的风电产能，成为世界规模最大的风能生产国。中国还计划新增39MW的海上风电开发规模。

此外，在亚洲其他地区，风力发电项目也都在如火如荼地进行。如巴基斯坦，2013年的风电装机总量比2012年增加了1倍，增至100MW，随着2014年上线的两个50MW的风能项目落实，装机总量将会再翻一番。同样，泰国也在2013年使本国风电装机总量比2012年增加了1倍，达到220MW。而菲律宾在2014年竣工的7个项目，把该国的风电装机产能扩大到了450MW，增长达13倍之多。(www.xing528.com)

1.利用形式

风能利用形式主要是将大气运动时所具有的动能转化为其他形式的能量。风就是水平运动的空气，空气产生运动，主要是由于地球上各纬度所接受的太阳辐射强度不同而形成的。在赤道和低纬度地区，太阳高度角大，日照时间长，太阳辐射强度强，地面和大气接受的热量多，温度较高；在高纬度地区，太阳高度角小，日照时间短，地面和大气接受的热量小，温度低。这种高纬度与低纬度之间的温度差异，形成了中国南北的气压梯度，使空气做水平运动。

2.季风

理论上风应沿水平气压梯度方向吹，即垂直与等压线从高压向低压吹。但是，地球在自转，使空气水平运动发生偏向的力，称为地转偏向力。这种力使北半球气流向右偏转，南半球向左偏转，所以地球大气运动除受气压梯度力，还受地转偏向力的影响。大气真实运动是这二者的合力。实际上，地面风不仅受这两个力的支配，而且在很大程度上受海洋、地形的影响。山隘和海峡能改变气流运动的方向，还能使风速增大，而丘陵、山地却摩擦大使风速减慢，孤立山峰却因海拔高使风速加快。因此，风向和风速的时空分布较为复杂。比如海陆差异对气流运动的影响，在冬季，大陆比海洋冷，大陆气压比海洋高，风从大陆吹向海洋；夏季相反，大陆比海洋热，风从海洋吹向内陆。这种随季节转换的风，我们称之为季风。

3.海陆风

当太阳辐射能穿越地球大气层时，大气层约吸收2×1016W的能量，其中一小部分转变成空气的动能。因为热带比亚热带吸收更多的太阳辐射能，产生大气压力差，导致空气流动而产生风。所谓的海陆风是白昼时大陆上的气流受热膨胀上升至高空流向海洋，到海洋上空冷却下沉，在近地层海洋上的气流吹向大陆，补偿大陆的上升气流，低层风从海洋吹向大陆称为海风；夜间（冬季）时，情况相反，低层风从大陆吹向海洋，称为陆风。由于热力原因，在山区白天风由谷地吹向平原或山坡，叫作谷风；夜间风由平原或山坡吹向谷底，称为山风。这是因为，白天山坡受热快，温度高于山谷上方同高度的空气温度，坡地上的暖空气从山坡流向谷地上方，谷地的空气则沿着山坡向上补充流失的空气；而夜间，山坡因辐射冷却，其降温速度比同高度的空气较快，冷空气沿坡地向下流入山谷。