第29章 風能造福人類(2 / 2)

風力機的形式很多,且各有特點。按風力機額定功率大小,可劃分為微型(小於1千瓦)、小型(1~10千瓦)、中型(10~100千瓦)和大型(大於100千瓦)風力機。按照風輪旋轉軸形式分,又有水平軸風力機和垂直軸風力機之別。最常見的是水平軸風力機,技術上比較成熟。垂直軸風力機與水平軸風力機相比,它可以在任意風向情況下運動,不需要調向裝置;其次,發電機的位置接近地麵,維修方便。垂直軸風力機的風輪有兩種,一種是阻力型,常見的有薩馮尼斯風輪、還有平板式和渦輪式風輪等;另一種是升力型,常見的有中形達裏厄風輪和直葉片風輪等。垂直軸風力機的缺點是起動和製動性能差。

水平軸風力機按風輪葉片數目又有單葉片、雙葉片、三葉片和多葉片幾種。水平軸風力機按風輪與風向和塔架的相對位置劃分,有上風式和下風式風力機。風先流過風輪再通過塔架的為上風式風力機;風先流過塔架再通過風輪的為下風式風力機,它具有自動對風能力,但氣流在塔架後麵會形成渦流,使風輪的輸出功率下降,稱為塔影效應。

人類利用風能按用途分有風帆助航、風力提水、風力發電和風力致熱等多種形式,其中風力發電是近代發展的最主要的形式。

尤其是近十年來,風力發電在世界許多國家得到了重視,發展應用很快。應用的方式主要有這麼幾種:①風力獨立供電,即風力發電機輸出的電能經過蓄電池向負荷供電的運行方式,一般微小型風力發電機多采用這種方式,適用於偏遠地區的農村、牧區、海島等地方使用。當然也有少數風能轉換裝置是不經過蓄電池直接向負荷供電的。②風力並網供電,即風力發電機與電網聯接,向電網輸送電能的運行方式。這種方式通常為中大型風力發電機所采用,穩妥易行,不需要考慮蓄能問題。③風力/柴油供電係統,即一種能量互補的供電方式,將風力發電機和柴油發電機組合在一個係統內向負荷供電。在電網覆蓋不到的偏遠地區,這種係統可以提供穩定可靠和持續的電能,以達到充分利用風能,節約燃料的目的。④風/光係統,即將風力發電機與太陽能電池組成一個聯合的供電係統,也是一種能量互補的供電方式。在我國的季風氣候區,如果采用這一係統可全年提供比較穩定的電能輸出,補充當地的用電不足。

風力提水是早期風能利用的主要形式,至今許多國家特別是發展中國家仍在使用。風帆助航是風能利用的最早形式,現在除了仍在使用傳統的風帆船外,還發展了主要用於海上運輸的現代大型風帆助航船。1980年,日本建成了世界上第一艘現代風帆助航船——“新愛德”號,它有兩個麵積為12.15米×8米的矩形硬帆,其剖麵為層流翼型,采用現代的空氣動力學新技術。據統計,風帆作為船舶的輔助動力,可以減少燃料消耗10%~15%。

風力致熱是近年來開始發展的風能利用形式。它是將風輪旋轉軸輸出的機械能通過致熱器直接轉換成熱能,用於溫室供熱、水產養殖和農產品幹燥等。致熱器有2類:①采用直接致熱方式,如固體與固體摩擦致熱器、攪拌液體致熱器、油壓阻尼致熱器和壓縮氣體致熱器等。②采用間接致熱方式,如電阻致熱、電渦致熱和電解水製氫致熱等。目前風力致熱技術尚處在示範試驗階段,試驗證明直接致熱裝置的效率要比間接致熱裝置的效率高,而且係統簡單。