科学教案风能的利用

科学教案风能的利用（通用3篇）

1.科学教案风能的利用 篇一

1 我国沿海风能资源禀赋

1.1 我国沿海风能资源丰富

我国沿海海洋风能年有效风能功率密度在100—200W/m2以上,风能功率密度线大致与海岸线平行,以沿海岛屿最大,有效风能功率密度可达500W/m2以上,如台山、平潭、东山、南鹿、大陈、嵊泗、南澳、马祖、东沙等,可利用时间约在7000—8000h[2]。特别是东南沿海,由海岸向内陆过渡,风能丰富区位于距海岸50km之内,是我国沿海风能资源最为集中的地区之一,又位于我国经济发达地区,风能资源的开发利用潜力很大。

1.2 沿海风能资源的空间分布

我国沿海地区地处典型的季风气候区。年平均风速普遍大于3m/s,海岸线附近4—5m/s,近海岛屿5—8m/s以上,风速等值线平行于海岸线,呈东西差异大,由东向西呈递减之势,风能资源的空间分布亦呈现由陆地向海洋增大的特点。以江苏为例,位于东部海中的达山岛,有效风能密度为381.5 W/m2,有效风能时数为7926.5h;近海的东西连岛有效风能密度为271.4 W/m2,有效风能时数为6632.6 h;位于海岸线西侧的赣榆有效风能密度为81.7 W/m2,有效风能时数为3760.8h,海中岛屿远大于沿海内陆。

1.3 沿海风能资源的季节分布

我国沿海地带北部属温带季风气候区,东部属亚热带季风气候区,南部属热带季风气候区。沿海夏季盛行偏南风,冬季盛行偏北风,风能的季节分配也表现得较为明显。冬春两季,北方沿海受北部强大的高气压影响,风力强劲,风能资源呈现为“冬春季大,夏秋季小”。南方沿海地区每年夏秋季节普遍受到热带气旋的影响,台风的登陆会产生大风过程,是利用风能资源发电的最佳时节。

1.4 建设风电场的立地条件好

我国有2万km的海岸线,沿海岛屿、滩涂、丘陵地带都具备风电场建设的良好条件。尤其是江苏沿海,现有滩涂总面积64×104 hm2,占全国的1/4[3],江苏南部沿海的东台、如东、大丰3市所辖的浅海辐射沙洲,面积广大,地质条件好,无人居住,又靠近长三角经济带,可建设超过1000万kW的风电场,相当于三峡的装机容量,是我国海上风电场建设的最佳地。

2 我国海洋风能资源开发状况

2.1 20世纪——中国沿海风能开发起步阶段

我国是世界上风能资源利用历史悠久的国家,但是长期以来多作为航海、提水灌溉、加工农产品及手工作坊的动力来源,风力发电起步较迟。20世纪70年代,我国开始开发小型风力机组,1983年在山东沿海城市荣城建立了我国也是沿海第一个风电场[4];90年代开始,我国风电事业有了较快发展,风电场的建设进入前所未有的发展时期。但是,风电场多集中在新疆、内蒙古内陆及东北、华北地区等,沿海地区的风电场建设较滞后,多分布在渤海湾及南部沿海省份,一般规模较小(表1)。

2.2 21世纪——中国沿海风能开发快速发展

2003年国家发展和改革委员会组织起草了《风力发电中长期发展规划》,提出了到2010年底全国风电总装机规模达到400万kW,重点开发东南沿海、东北、内蒙古、河北等地几个数10万kW规模的风电场,并在近海海域建设若干个海上风电项目,使沿海地区风能资源开发与风电场建设得到规模化发展。

2007年8月实施的《可再生能源中长期发展规划》提出,到2010年全国风电总装机容量达到500万kW。重点在东部沿海和“三北"地区,建设30个左右10万kW等级的大型风电项目,形成江苏、河北、内蒙古3个100万kW级的风电基地;建成1—2个10万kW级海上风电试点项目,到2020年全国风电总装机容量达到3000万kW。在广东、福建、江苏、山东、河北、辽宁等沿海省份和内蒙古、吉林等具备规模化开发条件的地区进行集中连片开发,建成若干个总装机容量200万kW以上的风电大省,并建成100万kW海上风电。这种发展趋势表明,我国沿海风电发展正在由起步阶段快速迈向成长阶段,风电进入了新的规模化发展快车道,发展前景十分广阔。如河北省提出到2010年规划建设240万kW,争取300万kW;浙江省提出到2010年风电装机达到100万kW的目标;江苏省提出到2010年风电装机达到150万kW的目标;山东省提出到2010年风电装机达到100万kW的目标。我国首个海上风电场总投资预计高达90亿元,总装机容量约为100万kW,一期工程将在今年内开工,我国沿海地区风电跨越式发展的机遇已经来临。

3 我国沿海风能资源开发前景

3.1 具有较强的竞争力

海上风能资源开发相对陆上竞争力更强。首先,海上风能资源普遍大于陆上,不但风速比平原沿岸高20%,发电量可增加70%,而且海上很少有静风期,能够更有效地利用风电机组的发电容量。其次,海水表面粗糙度低,海平面摩擦力小,风速随高度的变化小,不需要很高的塔架,可降低风电机组成本。第三,海上风的湍流强度低,这样风作用在风电机组上的疲劳载荷减少,从而延长使用寿命。第四,海上风能资源开发不需要移民,对人类活动没有大的干扰,降低了投资成本。所以,我国沿海风能资源开发竞争力强,具有广阔的发展前景。

3.2 具有良好的市场前景

沿海地区是我国对外开放与经济发达地区,沿海的上海、广东、江苏、山东、浙江、辽宁等省(市)是我国产业高度集聚区域,都是我国的耗能大省(市)。尤其是“长三角”、“珠三角”地区,一次性能源资源十分贫乏,发电用煤大部分需要从外省调入,煤源及运输压力较大;同时,大多沿海省(市)民用与工农业用电主要靠以燃煤为主的火力发电,这种发电方式造成的环境污染十分严重。何柞庥院士说,利用可再生能源发电可成为“长三角”地区解决“电荒”的一个出路。此话很有远见。丰富的风能资源是我国沿海能源开发的希望,具有广阔的市场发展前景。

3.3 将成为我国的“海上三峡”

沿海风能资源的开发是我国一个重要的战略选择,将对改变我国能源布局、能源结构、能源市场产生巨大的影响,也是我国能源战略调整的一个亮点。当前,在沿海能源基地建设中,南黄海风能基地的建设尤其受到社会的高度关注,这里有世界上罕见的辐射沙脊群,面积广达13.33×104hm2,是全球难得的建设大型海上风电场的理想场区。沿海一带滩涂以100m/a速度向大海延伸,4×104hm2潮上带可建容量100×104MW的风电场;9.33×104hm2的潮间带可建容量2000MW的风电场;在向东延伸的13.33×104hm2近陆海域潮下带,可建容量3000MW的风电场,其风能资源总量是丹麦国家最大风电场的35倍。目前,东台20万kW风电特许权项目已开工建设,这是目前国内也是世界单期规模最大的风电项目,再加上大丰、如东、响水、滨海、射阳风电项目已启动或获准建设,江苏将成为我国最大的风电产业基地,一个“海上三峡”将呈现在世人面前。

3.4 沿海将形成新能源产业带

沿海风能资源的开发,是打造沿海以新能源为龙头产业带的推进器,其意义不仅是缓解缺电矛盾、改善环境,更重要的是可延长风电产业链。沿海规模化的风电项目建设可带动以风电制造业为主体,包括风电服务业在内的风电产业发展,推进风电产业本地化、市场化及区域装备制造业的发展。同时,可将风电直接应用于盐化工氯碱工业、电解铝、PVC等高耗能产业、金属及非金属产品的精深加工等产业,为当地经济发展构筑一个新的增长点。以风电用于海水综合开发利用为例,其路线图包括:淡化海水—海水淡化的副产品浓缩海水提取金属镁—提镁后的浓缩海水制盐—制盐后的工业浓盐水制氯碱—用氯碱副产品氯气生产PVC、氢做成工业还原剂和燃料等。应抓住沿海风能资源开发的契机,科学规划,分步实施,高起点、高标准、高质量打造我国沿海新能源产业带,实现我国沿海区域经济的飞跃。

参考文献

[1]崔民选.2007中国能源发展报告[M].社会科学文献出版社,2007∶437.

[2]周洪军.中国海洋电力业的发展研究[J].海洋开发与管理,2007,(2)∶13-14.

[3]高峰.江苏省风能资源的开发与利用[J].水力发电,2000,(9)∶59-60.

[4]杨振斌.中国风能资源[J].大自然,2007,(2)∶48-49.

2.风能在中国古代农业中的利用 篇二

“扬”指的是使籽粒和杂物飞在空中，借助自然风将其中较轻的杂物吹走的办法，其出现时间应在原始农业时期。由于缺乏文献记载，同时缺乏实物，只能从相关的记载和近现代农具中对其农具加以推测，元朝人王祯所作《农书》中，提到了杴和飏篮两种代表性农具。

《农书》中对杴的解释为“首方阔，柄无短拐”。分为木制竹制两种，尽管形象近似，但与铁锨、铁刃木锨等形象相近的工具，对于其使用季节及优点，《农书》中则以“柄短掌木尽宽平，谷实抄来忌满盈，苗夏祖锄方用事，几回高阁待秋成”和“竿头掷谷一箕轻，忽作晴空骤雨声。已向风前糠秕尽，不劳车扇太忙生”这样的语言来描述两种杴。

对于飏篮，《农书》的解释为“形如簸箕而小，前有木舌，后有竹柄”，其用法为“执此操而向风掷之”，从而清选谷物。

“扬”作为早期谷物加工方式，虽然具备简单易行的优点，但由于其必须借助自然风（风力和风向也需适度），故而局限性较大，难以满足加工谷物的及时性。

“簸”指的是借助工具（簸箕），以人力将籽粒和杂物扬向天空，由于籽粒和杂物下落的同时簸箕上扬，二者之间的空气受压而形成向外的气流（人造风），从而吹走质量较轻的杂物。这也可以说是对间断的人造风能最早的利用。《诗经》《庄子》《战国策》等均对其有所描述，汉朝人李尤所作《箕铭》更是以“箕主簸扬，糠秕乃陈”的文字加以理论性说明。由此可见，其至迟在春秋战国时就已广泛应用。而《农书》中的簸箕图更是说明，簸箕形制至迟成熟于汉朝，并沿用至今。

在两者基础上，以人力为动力的风扇车应运而生，后者至迟出现于西汉，其综合利用流体力学、惯性、杠杆等众多原理，形成强制下的空气流动，从而达到清选谷物的目的。西汉人史游所作《急就篇》对其的介绍中，就有这一方面颇为详细的记载。

据相关文献记载和各个时期的出土文物，可以确定风扇车应为箱形，其上下方分别有进粮口和出米口，在其内部进粮口和出米口的一侧装有风轮，其曲柄露于车外，另一侧则装有盛糠箱。而其数量众多且位置散布各地的出土地点表明，其在西汉时已普遍应用于黄河中下游。而随后的宋明时期，其在各种书籍中的“出场率”更高，说明其已经成为一种重要的农具。在以元朝《农书》为代表的众多文献中，又出现了一系列卧轴式风扇车的“改进型”。总之，其出现，使得农业从事者能够随时根据需要清选谷物，从而有效提高生产效率。尽管这一类型的风扇车已基本上被弃用，但现代工具中的电力鼓风机、离心泵以及高炉供氧装置之类的工作原理，则都或多或少地借鉴了卧轴式风扇车的原理。

四川省出土的汉画像砖“舂捣图”上所绘制的图景，则展示了另一种风扇车的形象：操作者两手各执一门形扇叶的柄平行移动，其搭档在其身边将谷物徐徐倒下，从而使扇叶带起的气流将杂物吹走。而其相关文献记载则最早出现于《农书》，其中将“舂捣图”上的门形扇叶的数量增至“四扇或六扇”——就其形象而言，可以称其为“立轴式风扇车”。和卧轴式风扇车相比，立轴式风扇车除风轮位置外原理和结构基本相同。但因各种原因，此类型的风扇车应用较少。而如今，其主要的“变体”形式则为吊式风扇。

在提排水方面，最为经典的发明当数风车（全称为风力水车），尽管其与风扇车在原理、功能等方面有着很大的区别，但其也有一处共同点——同样分为立轴和卧轴两种类型。

最早有关风车的记载，来自于南宋人刘一止所作《苔溪集》中“风轮共转相钩加”的描述，而在此后的明朝，则出现了较多的风车提排水记载。较为详尽的记载来自清朝中期人周庆云所作的《盐法通志》，其中对立轴式风车形象介绍为“上安布帆八叶……中贯木轴，附设平行齿轮”，而对其原理则描述为“借风力回转以为用也”“帆动轴转，激动平齿轮，与水车之竖齿轮相搏，则水车腹页周旋，引水而上”，可以有效地对风向加以调节。由此可见，立轴式风车较好地利用了来自自然的风能，有效减轻了力役，甚至可以称其为电动或内燃机水泵的雏形。

卧轴式风车约起源于汉朝，至晚出现于明朝。其原理主要是利用风帆和风的气流垂直方向的分力产生驱动力，驱动风轮转动。一般应用于风能资源丰富地区，尽管其存在着不能自动适应风向变化而不得不人工挪动位置的缺点，但相比立轴式风车，其方便使用、占地面积小等优势使其应用同样较广。

3.科学家用巨型风筝捕获高空风能 篇三

研究人员已经计划试验他们制造的一个发电能力50 kW的更大的风筝, 被称作“梯形电站”。最终他们将建一个由众多风筝组成的发电能力100 MW的梯形电站, 产生的电能量足够10万个用户使用。

可持续能源工程教授和前宇航员乌波·欧克斯领导了梯形电站项目。他相信利用风筝从距离地面1 km或更高的高空捕获能量是一种比较廉价的方法, 高空风能比地面的风能高数百倍。他说:“我们必须利用自然为我们提供的所有能量, 我们需要多种收集方法, 其中利用风筝产电的方法非常具有吸引力。”

欧克斯并不是唯一一个进行这项研究的人。加利福尼亚州网络搜索公司, 谷歌非营利组织Google.org2007年在美国风筝公司马克尼 (Makani) 投资1 000万美元。马克尼公司是第一家因为生产的可更新能源比煤炭发电更便宜而获得谷歌奖金的公司。这两个科研组的目的, 都是发掘高空风能。高空风能比涡轮机通常依靠的地面风能更丰富可靠。斯坦福大学卡内基研究所的气候科学家肯·卡尔代拉已经估计出, 风中包含的总能量是全球人口所需总能量的100倍, 但是大部分风能都位于高空。

风筝通过拉与地面上的发电机连接在一起的绳子产生能量。当它到达最大高度时, 风筝会重新返回原来位置, 不断重复上升和下降动作。目前, 通过电脑控制, 已经解决了风筝呈“8”字形飞行的模式。“8”字形飞行模式意味着风筝上方的空气流动速度比周围的风速更大。当一只风筝需要收线时, 它将与地面呈一定角度飞行, 这时它就像一架滑翔机, 不需要多少动力就能运行。据欧克斯估计, 风筝产生能量的成本不超过4便士/ (kW·h) , 能与煤炭发电相提并论, 比风轮机发电的成本少一半。