隨著石油、煤炭等一些不可再生資源的不斷開采,當今全球能源問題也越發成為了各國所關注的重要問題。科技的發展使得人類開始不斷地探索新能源,以適應未來經濟社會的發展。
在目前可知的新能源當中,風力發電無疑是被世界各國所廣泛采用的高效清潔能源。
2008年到2018年全球風能發電量數據
然而或許大家不知道的是:作為清潔能源的風力發電,也是有一定的危害的。
作為我國新能源當中的主要發電形式之一,面對風力發電的危害,我們又該如何應對呢?
01風力發電的起源
作為一種高效的清潔能源,風力發展最早起源于20世紀初。在上個世紀30年代,丹麥、瑞典、蘇聯和美國等國應用航空工業的旋翼技術,成功地研制了一些小型風力發電裝置。
這些裝置被廣泛地放置于沿海風力較大的島嶼或者鄉村當中,由于當時的技術條件限制,這些風力發電裝置的功率也比較小,基本上都在5千瓦以下。
小知識:岸上風力發電是一種低成本的發電方式,在某些地區,發電成本比傳統發電還低(例如:燃煤發電、燃氣發電及核能發電)。但是岸上風力發電場會影響風景,并且比起其他發電廠需要更多的土地面積。同時也必須建設在野外或是鄉村地區,這也可能導致農村工業化(industrialization of the countryside),或造成棲息地破壞。
隨著技術的不斷發展,風力發電的功率也開始逐漸的增大。包括我國在內的世界,中國也生產出了一大批功率在15,40,45,100,225千瓦的風力發電機。
隨著技術的不斷發展,風力發電的功率也開始逐漸增大。中國也生產出了一大批功率在15,40,45,100,225千瓦的風力發電機。風電大型化也是近年風電技術發展趨勢。2000年以來,中國新增風力發電單機功率呈逐年上升態勢, 2015年達到1837kW,是2000年的3倍多。
相關機構統計:未來的20年到25年之內,風力發電市場將以每年25%的高速度增長。同時,這種發電方式也會對人類使用不可再生資源達到一定的控制作用。
作為當今風力發電大國,早在上個世紀50年代我國便在遼寧、吉林、新疆等地區開始了小型風力發電設施的建設。在隨后的20世紀70年代,隨著國際環境的變化和石油危機的產生風電葉片制造的危害,我國開始重啟了對風力發電這一新能源的研究和發展。在上個世紀90年代我國開始了擴大風力發電基礎建設的力度。
2006年,我國已經成為了繼歐洲、美國和印度之后的風力發電最主要的市場之一。目前這樣的趨勢還在不斷地生長當中,我國也已經進入了實實在在的可再生能源大國的行列。
02風力發電的優點
作為一種新型的可再生能源,風力發電之所以受到全球各國的歡迎是有眾多優點的。首先是它具有高效清潔、環境效益好的特點。
和石油、煤炭等一些不可再生資源相比,風力發電利用風能推動發電機組產生能量,從而產生電力。這使得它不會像傳統的發電廠一樣,通過燃燒煤炭產生熱量來進行發電。
它的產能過程當中不會產生廢氣,降低了對大氣污染達到了環境效益的最大化。
第二個是風力發電的可再生能力,和煤炭、石油等一些不可再生資源相比,風是沒有枯竭期的,因此利用風力發展可以不用擔心原料的問題,能為人類提供永恒的清潔高效的原料,進一步降低了人類的發電成本。
小知識:火力發電中存在著三種形式的能量轉換過程:燃料化學能→ 蒸汽熱能→機械能→ 電能。簡單地說就是利用燃料發熱,加熱水,形成高溫高壓過熱蒸汽,然后蒸汽沿管道進入汽輪機中不斷膨脹做功,沖擊汽輪機轉子高速旋轉,帶動發電機轉子(電磁場)旋轉,定子線圈切割磁力線,發出電能,再利用升壓變壓器,升到系統電壓,與系統并網,向外輸送電能。最后冷卻后的蒸汽又被給水泵進一步升壓送回鍋爐中重復參加上述循環過程。
第三個是建設周期短,維護簡單可靠。
風力發電需要一個較大的發電機組來進行推動作用,和一些傳統的發電廠相比,風力發電機組的體積較小,使得它能夠被廣泛地放置在島嶼或者沿海地區一些風力較大的地方,它的建設難度和成本也相對較為低廉。
其次和傳統的發電廠相比,風力發電無論是從成本還是經濟效益上,相對于傳統的發電廠都有了巨大的提高。大量先進自動化技術的采用,使得風力發電無須人工進行實時的操控。進一步降低了人工成本,更加高效安全。
03風力發電的兩面性
風力發電就好像一種雙刃劍,它在給人類帶來了清潔高效的能源的同時,同樣也給環境造成了一定的影響。
對于在大自然生活當中的鳥類來說:每年都會有幾十萬只的鳥類死于風力發電力的葉片下。
在風力發電裝置葉片的轉動過程中,會產生巨大的噪音。對周圍的鳥類有著極大的驚擾作用,使得在附近生存的鳥類,不得不選擇飛往其它地方生存。
其次風力發電裝置在晚上會產生出強烈的光源,對于野外環境當中的昆蟲有著巨大的吸引作用。大量的昆蟲被聚集起來,以昆蟲為食物的鳥類也會紛紛地飛到風力發電機組附近進行捕食活動,風力發電機不斷轉動的葉片對鳥類產生巨大的威脅。
風力發電機旁的鳥群
在美國:一年就有20多萬只鳥類死在了風力發電機的葉片下。這一數字看似十分驚人,但每年死于人類捕殺或者被貓狗等家禽捕殺的鳥類數量就高達上億只,風力發電對于鳥類的危害幾乎是微乎其微。
小知識:根據《今日美國》報道,美國學者Wallace Erickson的一項經過同行評議的研究(參考了美國和加拿大的其他116項研究)證實,北美地區的風力發電機每年殺死21.4萬到36.8萬只鳥,但是鳥類與電信通訊塔相撞造成的死亡每年達到680萬只,死于貓的鳥類每年在14億到37億只貓之間。因此風電葉片制造的危害,風機造成的鳥類死亡只占死亡總數的0.1%不到。
美國哈佛大學科學家David Keith與Lee Miller的研究指出,風力發電機組的運行對當地的氣候可能會產生一定的影響,風力發電機組風葉的旋轉會使得上層的高溫空氣和下層的冷空氣發生交換活動,使得風力發電機組所在當地的環境上升了0.54度,美國整體溫度也會提高0.24度。
并表示未來10年內,風力發電對氣候的影響會比燃煤或天然氣電廠更嚴重。
資料來源:Miller and Keith(2018)
根據能量守恒定律來推算:一種能量的產生需要另一種能量的消耗。因此在我國也有人認為:正是在西北地區大規模地進行風力發電機組的建設,導致了近年來西北風風力的減弱。
從宏觀的角度上看:上面的推論都是站不住腳的,目前全球風力資源是十分豐富的,是地球上可利用水能的20倍。要想真正影響環境,必須要從占比上得到體現。但人類目前真正在進行利用的風能甚至還不足1%,這樣的一種利用率是遠遠達不到改變環境的作用的。
不只是風力發電,包括近年來各國所推崇的潮汐能發電也是一樣的。
從工作原理上看:通過海水的漲潮和落潮來帶動發電,但潮汐能的利用存在施工、地基處理及防淤等問題較為困難,土建和機電投資大,造價較高。并且它的能量產生只得在潮漲和潮落的時候,有著相當大的時間和局限性。
小知識:潮汐發電與普通水利發電原理類似,通過出水庫,在漲潮時將海水儲存在水庫內,以勢能的形式保存,然后,在落潮時放出海水,利用高、低潮位之間的落差,推動水輪機旋轉,帶動發電機發電。差別在于海水與河水不同,蓄積的海水落差不大,但流量較大,并且呈間歇性,從而潮汐發電的水輪機結構要適合低水頭、大流量的特點。
地熱能同樣也是由于技術難度高、投入資金眾多等缺點,在產生能量的過程中還會產生有毒有害等氣體。這些新能源,目前各國依舊也在使用當中。
04面對風力發電缺點,我國應該如何應對?
針對上述風力發展所出現的問題二手吊車,也有諸多的辦法進行解決。
關于發電機組對鳥類的傷害:有相關專家曾提出,通過在風力發電機葉片上畫上不同顏色的圖案從而來達到警惕、恐嚇鳥類接近,進一步的降低對鳥類的傷害。或者在風力發電機組附近鋪設大量的殺蟲誘餌,減少昆蟲的數量,降低鳥類在風力發電機組附近距離的概率。
其次對發電機組的制造工藝和技術進行不斷地優化,通過運用新型材料或者隔音棉的隔音材質吊車,來達到進一步降低發動機葉片的噪聲問題。
05未來中國風力發電的前景
第一:目前我國風力發電市場發展對前景廣闊,能源需求的不斷增加和國家的大力度扶持,風力發電市場在未來都將會有一個良好的發展。在十二五之后,我國風力發電產業每年都至少保持在10,000兆瓦的增長速度。隨著風力發電機組的技術和工藝的不斷改善,未來風力發電機組瓦也還會有更加進一步的增加。
第二:隨著國家近年來政策的不斷扶持,中國新能源戰略也被列為了未來15年的重要規劃當中。按照相關計劃:在未來15年,全國風力發電機裝機容量將有望達到20,00萬到30,00萬千瓦。
風力發電設備未來的市場價值就高達1400億到2100億人民幣之巨,巨大的經濟利益也進一步刺激了我國眾多企業對新能源領域的涉足和研究,使得我國目前包括風能在內的新能源技術有了相當厚重的儲備。
第三:風力發電自身的優勢,在上面也說了:同煤炭、石油等一些不可再生資源相比,風力發電能夠極大程度上降低對環境的污染和發電原料成本上的使用,并進一步降低了人工成本。
同潮汐能、地熱能相比:風力發電技術難度也相對降低,對環境的影響也小。正是看到了風力發電這方面諸多的優勢,近年來世界各國也在不遺余力地發展風力發電的技術。近年來風力發電的增長率也一直保持在30%的快速增長當中,由此可見風力發電技術的優越性。
06結語
風力發電將多種學科集于一身,代表著目前人類在新能源領域發展的一個標志。目前全球可利用的風能儲量依舊是十分龐大的,人類真正目前已經成功運用的風能依舊只是極少部分。
未來,隨著人類社會和科技水平的不斷發展,對風能這一無窮無盡能量的利用也會不斷地加大。風力發電的這些缺點也終將會得到解決,屆時風力發電也有可能進一步取代石油、煤炭這些不可再生資源,成為未來社會能源的主要來源之一。
舉報/反饋