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风力发电道理第9章风能的其他用处ppt

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  第9章 风能的其他用途 9.1 风力提水 风力提水是人类有效利用风能的主要方式之一,开发和应用风力提水机械对于节省常规能源,解决偏远地区提水动力不足的问题和促进农业的发展有着重要的现实意义[2]。 风力提水是古老的风能利用,至少在一千多年以前中国就有了风力提水装置。据史书记载,我国曾先后发明国“走马灯式”和“斜杆式”等多种风力提水机,并在江苏、浙江、福建一带普遍用于农田排灌和延长提水,直到本世纪50年代我国还拥有几十万台各式风力提水机。 欧洲的风车发展据说是从中东传入的,16世纪荷兰大量使用风车排水,围海造田,成为举世闻名的人工“沧海变良田”。 风力提水之所以能在世界各地,特别是发展中国家得到较广泛的应用,其主要原因有以下几点: a.风力提水机结构可靠,制造容易,成本较低,操作维护简单; b.储水问题容易解决; c.风力提水机在低风速下工作性能好,对风速要求不严格; d.风力提水效益明显。 9.1.1风力提水的工作原理 根据提水方式的不同,现代风力提水机可分为风力直接提水和风力发电提水两大类,风力直接提水又可分为高扬程小流量型、中扬程中流量型和低扬程大流量型。 1.高扬程小流量型风力提水机 高扬程小流量提水机多采用于往复式水泵,由低速多叶片立轴风力机与活塞水泵相匹配组成提水机组。这类机组的风轮直径一般都在6m以下,扬程为20~100m,流量为0.5~5m3/h,主要用于提取深层地下水,适用于北方地区,适用于草原牧区的风力提水机如图9.1所示 1-井顶 2-拉杆 3-出水管 4-井壁 5-泵管 6-泵杆 7-泵缸与活塞 8-护网 9-井底 图9.1 适用于草原牧区的风力提水机 2.中扬程中流量型风力提水机组 这是由高速桨叶匹配容积式水泵组成的提水机组,主要用来提取地下水。这类提水机组的风轮直径一般为5~8m,扬程为10~20m,流量为15~25m3/h。 3.低扬程大流量型风力提水机组 低扬程大流量提水机多采用旋转式水泵,由低速或中速风力机与链式水车或螺旋泵相匹配组成提水机组,它可以提取河水、湖水或海水等地表水和浅层地下水,适用于南方地区,用于农田排灌和盐场制盐、水产养殖提水。这类机组的扬程一般为0.5~3m,流量为50~100 m3/h,机组的风轮直径为5~7m,风轮轴动力室通过锥齿轮传递给水车或螺旋泵的,一般都采用自用迎风机构调节风轮对风方向,用侧翼-配重调速机构进行自动调速,FDG-5型低扬程风力提水机组如图9.2所示 图9.2 FDG-5型低扬程风力提水机组 4.风力发电提水机组 风力发电提水是近几年才出现的一种新的风力提水方式,它有两种基本形式:一种为风力发电→储能→电泵提水;另一种是风力发电机在有效风速范围内发电,由控制器来调节电动泵的工作状态,直接驱动电动泵提水。后者较前者省去了蓄电池和逆变系统,减少了中间环节,降低了提水系统的费用,可谓真正意义上的风力发电系统,风力发电提水机组示意图如图9.3所示 图9.3 风能发电提水机组示意 9.1.2 发展风力提水的前景 风力提水是风能开发利用的一项主要而基本的内容,无论过去、现在还是将来,风力提水在农业灌溉和人畜饮水等方面都不失为一项简单、可靠、实用而有效的应用技术。随着科学技术的不断发展,风力提水技术也必将得到不断的发展完善。 9.1.3 风力提水与风力发电提水存在的问题 自上世纪80年代以来,在科技工作组的不懈努力下,我国风力提水技术的水平得到迅速提高,但这项高新技术尚未形成规模化生产,存在着如下问题。 a.目前我国的风力提水技术主要是针对广大的边远和无电地区,由于人的环保意识较差,加之农牧区尚未致富,购买力不强,未形成规模化市场。 b.风能利用(特别是风力提水)是直接经济效益低,生态效益与社会效益高的项目。该技术产业尚处于起步阶段,市场规模小,企业参与成果产业化的积极性不高,不少可以进入工业化阶段的机型,不能投入生产,只能储备起来,无法形成高新技术对产业结构调整和经济增长的支持。 c.我国风力提水研究的起步水平低,应用历史短,经费投入少,许多重大关键技术问题(如高效风轮的设计、风机与水泵的高效匹配技术以及水泵运动部件的耐久性问题等)还未很好地解决。 d.风力提水的开发利用时环保型的高新技术产业,政府应加以扶持并协助市场开发,尽快实现产业化,以扭转我国可再生能源利用比例低的现状,遏制土地沙化退化、环境恶化之势。现在我国虽有一些激励性的导向政策,但还未具体化,应参照国外先进国家的有关政策,指定具体的减免税收、财政补贴、贴息贷款、增加科技攻关经费等政策措施。 9.2 风力制热 风能的利用形式多样,可转化成机械能、电能、热能等。目前,国内的研究主要集中在风力发电上,其次是风力提水,风力致热的研究不多,国外有关致热的较详细原理及技术报道也较少。 9.2.1 风能转换为热能的途径 将风能转换为热能,一般通过三种途径:第一是经过电能再转换为热能。即:风能→机械能→电能→热能。第二种是通过热泵产生热能。即:风能→机械能→空气压缩能→热能。第三种是直接热转换。即:风能→机械能→热能。前两种是三级能量转换,而后一种只需二级能量转换。 9.2.2 风热直接转换的原理与形式 从理论上讲,实现风热直接转换的致热器有如下型式:固体摩擦、液体搅拌、液体挤压和涡电流式。 图9.7 垂直轴风力机取暖设备 9.2.3 风力致热应用中的实例 1.风炉 风炉是一种由风力装置供热的系统。 2.以风力驱动的热泵空调系统 1) 风力驱动的压缩式热泵 2) 风力驱动的吸收式制冷(热泵)机组 9.2.4 风力致热的展望 近年来,能源供需矛盾日益加剧以及传统化石能源带来的环境污染压力已严重阻碍了经济的发展,世界各国都在开始重视开发与利用可持续发展的新能源和可再生能源。风能是目前最具开发利用前景和技术较为成熟的一种新能源和可再生能源,利用的经济性随着技术的改进在不断提高。风力致热与风力发电、风力提水相比,具有能量转换效率高等特点。因为由机械能转变为电能时不可避免地要产生损失,而由机械能转变为电能时,理论上可以达到100%的效率。目前,风力致热技术在日本、美国、加拿大和丹麦等国家已经进入示范试验阶段。我国风力致热技术的研究起步较晚,基本上处于空白状态。 9.3 离网型风光互补发电系统 总的来说,风光互补系统由如下优点: a.利用太阳能、风能的互补特性,可以获得比较稳定的总输出,有效解决无风或无阳光电力供应中断问题,提高供电的稳定性和可靠性; b.在保证同样供电的情况下,可大大减少储能蓄电池的容量; c.对风电和光电进行合理的设计和匹配后,可以基本上保障用户电力供应,无需配备其他电源。 9.3.1风光互补系统的工作原理 一套完善的风光互补电源系统主要包括发电部分、控制部分、负载部分、蓄电池和泄荷单元等,该系统的组成框图如图9.14[16],各部分受风光互补控制器控制,为离网型独立电源。 图9.14 风光互补系统组成框图 图9.17 风光互补离网发电系统的设计步骤 9.3.2风光互补离网发电系统的设计 9.3.3风光互补系统的典型应用 1.风光互补LED路灯照明系统 2.分布式供电电源 3.风光互补水泵系统 9.3.4 风光互补系统存在的问题及解决方法 1.蓄电池 2.管理与控制 3.可靠性 9.3.5 风光互补发电系统的发展前景 当前,国内外对风光互补发电系统的研究大多集中于互补发电系统的静态体系结构的研究、蓄能设备的配置及控制、系统仿真等。为了促进风光互补发电系统的进一步发展,使其成为一种具有竞争力的清洁电源,应加强一下方面的工作。 a.进一步做好风光互补发电场的风能资源、太阳能光照资源,特别是具有风光互补发电应用潜力的小区域气象数据的勘测统计工作,为风光互补发电系统的广泛应用提供更可靠的依据。 b.研究风光互补发电系统各组成部分的动态运行特性,降低系统运行成本,为风光互补发电系统的广泛应用提供更可靠的依据。 c.进一步拓展风光互补系统的应用领域,如开展风光互补发电系统小区域路灯照明和室内照明等方面的应用研究等。 d.积累风光互补发电的使用数据,在应用中逐步形成较完善的可再生能源技术支撑体系,为可再生能源的大规模开发和利用奠定基础。

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