随着石油、煤炭等一些不可再生资源的不断开采,当今全球能源问题也越发成为了各国所关注的重要问题。科技的发展使得人类开始不断地探索新能源,以适应未来经济社会的发展。
在目前可知的新能源当中,风力发电无疑是被世界各国所广泛采用的高效清洁能源。
2008年到2018年全球风能发电量数据
然而或许大家不知道的是:作为清洁能源的风力发电,也是有一定的危害的。
作为我国新能源当中的主要发电形式之一,面对风力发电的危害,我们又该如何应对呢?
01风力发电的起源
作为一种高效的清洁能源,风力发展最早起源于20世纪初。在上个世纪30年代,丹麦、瑞典、苏联和美国等国应用航空工业的旋翼技术,成功地研制了一些小型风力发电装置。
这些装置被广泛地放置于沿海风力较大的岛屿或者乡村当中,由于当时的技术条件限制,这些风力发电装置的功率也比较小,基本上都在5千瓦以下。
小知识:岸上风力发电是一种低成本的发电方式,在某些地区,发电成本比传统发电还低(例如:燃煤发电、燃气发电及核能发电)。但是岸上风力发电场会影响风景,并且比起其他发电厂需要更多的土地面积。同时也必须建设在野外或是乡村地区,这也可能导致农村工业化(industrialization of the countryside),或造成栖息地破坏。
随着技术的不断发展,风力发电的功率也开始逐渐的增大。包括我国在内的世界,中国也生产出了一大批功率在15,40,45,100,225千瓦的风力发电机。
随着技术的不断发展,风力发电的功率也开始逐渐增大。中国也生产出了一大批功率在15,40,45,100,225千瓦的风力发电机。风电大型化也是近年风电技术发展趋势。2000年以来,中国新增风力发电单机功率呈逐年上升态势, 2015年达到1837kW,是2000年的3倍多。
相关机构统计:未来的20年到25年之内,风力发电市场将以每年25%的高速度增长。同时,这种发电方式也会对人类使用不可再生资源达到一定的控制作用。
作为当今风力发电大国,早在上个世纪50年代我国便在辽宁、吉林、新疆等地区开始了小型风力发电设施的建设。在随后的20世纪70年代,随着国际环境的变化和石油危机的产生风电叶片制造的危害,我国开始重启了对风力发电这一新能源的研究和发展。在上个世纪90年代我国开始了扩大风力发电基础建设的力度。
2006年,我国已经成为了继欧洲、美国和印度之后的风力发电最主要的市场之一。目前这样的趋势还在不断地生长当中,我国也已经进入了实实在在的可再生能源大国的行列。
02风力发电的优点
作为一种新型的可再生能源,风力发电之所以受到全球各国的欢迎是有众多优点的。首先是它具有高效清洁、环境效益好的特点。
和石油、煤炭等一些不可再生资源相比,风力发电利用风能推动发电机组产生能量,从而产生电力。这使得它不会像传统的发电厂一样,通过燃烧煤炭产生热量来进行发电。
它的产能过程当中不会产生废气,降低了对大气污染达到了环境效益的最大化。
第二个是风力发电的可再生能力,和煤炭、石油等一些不可再生资源相比,风是没有枯竭期的,因此利用风力发展可以不用担心原料的问题,能为人类提供永恒的清洁高效的原料,进一步降低了人类的发电成本。
小知识:火力发电中存在着三种形式的能量转换过程:燃料化学能→ 蒸汽热能→机械能→ 电能。简单地说就是利用燃料发热,加热水,形成高温高压过热蒸汽,然后蒸汽沿管道进入汽轮机中不断膨胀做功,冲击汽轮机转子高速旋转,带动发电机转子(电磁场)旋转,定子线圈切割磁力线,发出电能,再利用升压变压器,升到系统电压,与系统并网,向外输送电能。最后冷却后的蒸汽又被给水泵进一步升压送回锅炉中重复参加上述循环过程。
第三个是建设周期短,维护简单可靠。
风力发电需要一个较大的发电机组来进行推动作用,和一些传统的发电厂相比,风力发电机组的体积较小,使得它能够被广泛地放置在岛屿或者沿海地区一些风力较大的地方,它的建设难度和成本也相对较为低廉。
其次和传统的发电厂相比,风力发电无论是从成本还是经济效益上,相对于传统的发电厂都有了巨大的提高。大量先进自动化技术的采用,使得风力发电无须人工进行实时的操控。进一步降低了人工成本,更加高效安全。
03风力发电的两面性
风力发电就好像一种双刃剑,它在给人类带来了清洁高效的能源的同时,同样也给环境造成了一定的影响。
对于在大自然生活当中的鸟类来说:每年都会有几十万只的鸟类死于风力发电力的叶片下。
在风力发电装置叶片的转动过程中,会产生巨大的噪音。对周围的鸟类有着极大的惊扰作用,使得在附近生存的鸟类,不得不选择飞往其它地方生存。
其次风力发电装置在晚上会产生出强烈的光源,对于野外环境当中的昆虫有着巨大的吸引作用。大量的昆虫被聚集起来,以昆虫为食物的鸟类也会纷纷地飞到风力发电机组附近进行捕食活动,风力发电机不断转动的叶片对鸟类产生巨大的威胁。
风力发电机旁的鸟群
在美国:一年就有20多万只鸟类死在了风力发电机的叶片下。这一数字看似十分惊人,但每年死于人类捕杀或者被猫狗等家禽捕杀的鸟类数量就高达上亿只,风力发电对于鸟类的危害几乎是微乎其微。
小知识:根据《今日美国》报道,美国学者Wallace Erickson的一项经过同行评议的研究(参考了美国和加拿大的其他116项研究)证实,北美地区的风力发电机每年杀死21.4万到36.8万只鸟,但是鸟类与电信通讯塔相撞造成的死亡每年达到680万只,死于猫的鸟类每年在14亿到37亿只猫之间。因此风电叶片制造的危害,风机造成的鸟类死亡只占死亡总数的0.1%不到。
美国哈佛大学科学家David Keith与Lee Miller的研究指出,风力发电机组的运行对当地的气候可能会产生一定的影响,风力发电机组风叶的旋转会使得上层的高温空气和下层的冷空气发生交换活动,使得风力发电机组所在当地的环境上升了0.54度,美国整体温度也会提高0.24度。
并表示未来10年内,风力发电对气候的影响会比燃煤或天然气电厂更严重。
资料来源:Miller and Keith(2018)
根据能量守恒定律来推算:一种能量的产生需要另一种能量的消耗。因此在我国也有人认为:正是在西北地区大规模地进行风力发电机组的建设,导致了近年来西北风风力的减弱。
从宏观的角度上看:上面的推论都是站不住脚的,目前全球风力资源是十分丰富的,是地球上可利用水能的20倍。要想真正影响环境,必须要从占比上得到体现。但人类目前真正在进行利用的风能甚至还不足1%,这样的一种利用率是远远达不到改变环境的作用的。
不只是风力发电,包括近年来各国所推崇的潮汐能发电也是一样的。
从工作原理上看:通过海水的涨潮和落潮来带动发电,但潮汐能的利用存在施工、地基处理及防淤等问题较为困难,土建和机电投资大,造价较高。并且它的能量产生只得在潮涨和潮落的时候,有着相当大的时间和局限性。
小知识:潮汐发电与普通水利发电原理类似,通过出水库,在涨潮时将海水储存在水库内,以势能的形式保存,然后,在落潮时放出海水,利用高、低潮位之间的落差,推动水轮机旋转,带动发电机发电。差别在于海水与河水不同,蓄积的海水落差不大,但流量较大,并且呈间歇性,从而潮汐发电的水轮机结构要适合低水头、大流量的特点。
地热能同样也是由于技术难度高、投入资金众多等缺点,在产生能量的过程中还会产生有毒有害等气体。这些新能源,目前各国依旧也在使用当中。
04面对风力发电缺点,我国应该如何应对?
针对上述风力发展所出现的问题二手吊车,也有诸多的办法进行解决。
关于发电机组对鸟类的伤害:有相关专家曾提出,通过在风力发电机叶片上画上不同颜色的图案从而来达到警惕、恐吓鸟类接近,进一步的降低对鸟类的伤害。或者在风力发电机组附近铺设大量的杀虫诱饵,减少昆虫的数量,降低鸟类在风力发电机组附近距离的概率。
其次对发电机组的制造工艺和技术进行不断地优化,通过运用新型材料或者隔音棉的隔音材质吊车,来达到进一步降低发动机叶片的噪声问题。
05未来中国风力发电的前景
第一:目前我国风力发电市场发展对前景广阔,能源需求的不断增加和国家的大力度扶持,风力发电市场在未来都将会有一个良好的发展。在十二五之后,我国风力发电产业每年都至少保持在10,000兆瓦的增长速度。随着风力发电机组的技术和工艺的不断改善,未来风力发电机组瓦也还会有更加进一步的增加。
第二:随着国家近年来政策的不断扶持,中国新能源战略也被列为了未来15年的重要规划当中。按照相关计划:在未来15年,全国风力发电机装机容量将有望达到20,00万到30,00万千瓦。
风力发电设备未来的市场价值就高达1400亿到2100亿人民币之巨,巨大的经济利益也进一步刺激了我国众多企业对新能源领域的涉足和研究,使得我国目前包括风能在内的新能源技术有了相当厚重的储备。
第三:风力发电自身的优势,在上面也说了:同煤炭、石油等一些不可再生资源相比,风力发电能够极大程度上降低对环境的污染和发电原料成本上的使用,并进一步降低了人工成本。
同潮汐能、地热能相比:风力发电技术难度也相对降低,对环境的影响也小。正是看到了风力发电这方面诸多的优势,近年来世界各国也在不遗余力地发展风力发电的技术。近年来风力发电的增长率也一直保持在30%的快速增长当中,由此可见风力发电技术的优越性。
06结语
风力发电将多种学科集于一身,代表着目前人类在新能源领域发展的一个标志。目前全球可利用的风能储量依旧是十分庞大的,人类真正目前已经成功运用的风能依旧只是极少部分。
未来,随着人类社会和科技水平的不断发展,对风能这一无穷无尽能量的利用也会不断地加大。风力发电的这些缺点也终将会得到解决,届时风力发电也有可能进一步取代石油、煤炭这些不可再生资源,成为未来社会能源的主要来源之一。
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