风能学习教程.pptx
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1、目录12345风的形成 风能及其分布6风能的优缺点 风能的应用与历史风能应用的原理风能发展的前景12345风的形成风能的优缺点风能应用的原理第1页/共63页风的形成风的形成1第2页/共63页风的形成风(Wind):风是由空气流动引起的一种自然现象,它是由太阳辐射热引起的。太阳光照射在地球表面上,使地表温度升高,地表的空气受热膨胀变轻而往上升。热空气上升后,低温的冷空气横向流入,上升的空气因逐渐冷却变重而降落,由于地表温度较高又会加热空气使之上升,这种空气的流动就产生了风。第3页/共63页风的形成全球大气环流示意图地球绕自转轴每24小时旋转一周,温度、气压昼夜变化。由于地球表面各处的温度、气压变
2、化,气流就会从压力高处向压力低处运动,以便把热量从热带向两级输送,因此形成不同方向的风,并伴随不同的气象变化。地球的自转进一步促进了大气中半永久性的行星尺度环流的形成。第4页/共63页风的形成1.气压高低比较:BAA1B12.近地面:热 低压 冷 高压3.近地面分布:近地面是低压时,高空是高压,近地面是高压时,高空是低压。第5页/共63页风的形成1.等压线:气压相等的各点的连线。2.水平气压梯度:同一水平面上单位距离间的气压差。3.4.水平气压梯度力是形成空气水平运动的原动力,是形成风的直接原因ABC高气压ABC水平气压梯度水平气压梯度气压差气压差距离距离低气压高气压6(hPa)8低气压高气压
3、6(hPa)8第6页/共63页风的形成 城市风第7页/共63页风的形成 海陆风由于海水热容量大,接受太阳辐射能后,表面升温慢,陆地热容量小,升温比较快。在冬季,大陆比海洋冷,大陆气压比海洋高,风从大陆吹向海洋;夏季相反,大陆比海洋热,风从海洋吹向内陆。这种随季节转换的风,我们称为季风。所谓的海陆风也是白昼时,大陆上的气流受热膨胀上升至高空流向海洋,到海洋上空冷却下沉,在近地层海洋上的气流吹向大陆,补偿大陆的上升气流,低层风从海洋吹向大陆,称为海风第8页/共63页风的形成 海陆风夜间时,情况相反,低层风从大陆吹向海洋,称为陆风。一般海风比陆风要强。白天海陆温差大,陆地的气流又很不稳定,有利于海风
4、的发展。而夜间海陆温差较小,海上气层相对稳定一些,不利于陆风的发展。第9页/共63页风的形成 谷风、山风在山区,由于热力原因引起的白天由谷地吹向平原或山坡,夜间由平原或山坡吹向谷地,前者称为谷风,后者称为山风。第10页/共63页风的形成 谷风、山风由于白天山坡受热快,温度高于山谷上方同高度的空气温度,坡地上的暖空气从山坡流向谷地上方,谷地的空气则沿着山坡向上补充流失的空气,这种由山谷吹向山坡的风,称为谷风。夜间,山坡因辐射冷却,其降温速度比同高度的空气快,冷空气沿坡地向下流入山谷,称为山风。第11页/共63页风能及其分布风能及其分布2第12页/共63页风能及其分布风能(Wind Energy)
5、空气流动所形成的动能称为风能。风能是太阳能的一种转化形式。由于太阳辐射造成地球表面各部分受热不均匀,引起大气层中压力分布不平衡,在水平气压梯度的作用下,空气沿水平方向运动形成风。风能是可再生的清洁能源,储量大、分布广,但它的能量密度低(只有水能的1/800),并且不稳定。在一定的技术条件下,风能可作为一种重要的能源得到开发利用。风能利用是综合性的工程技术,通过风力机将风的动能转化成机械能、电能和热能等。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能,但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为1300亿千瓦,比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。第13页/共63页风能及其分布能流密度:能流密
6、度是在一定空间范围内,单位面积(如平方米)所能取得的或单位重量(如公斤)能源所能产生的某种能源的能量或功率。是评价能源的主要指标之一。风速为v的流动空气的动能:能量密度:(风速越大、可获得风能P越大)第14页/共63页风能及其分布风能资源(Wind Resource)风能资源是指人类可利用的自然界的风能。又因为风能具有“周而复始,可以再生”的特点,因此,又属于“可再生能源”。风能资源在地球各地的分布主要取决于该地区的风速大小,其次与该地区上空空气密度有关。风能资源受地形的影响较大,因为风的流动性大,风速时空变化复杂,特别是在地形复杂的地区,可能会出现这样的情况:在风能资源丰富区中,个别地方风能
7、却很贫乏。第15页/共63页全球陆上风速分布呈如下普遍规律:赤道地区风速普遍较小,基本都处于3m/s以下;南北回归线附近是全球风资源丰富地区,该区域风速普遍较高,基本都处于6-7m/s以上,沿海风速高于内陆。第16页/共63页 全球风速主要集中在以下几个区域:整个欧亚大陆,东亚、中亚、以及西亚阿拉伯半岛地区,北非撒哈拉沙漠地区,南非、澳大利亚及新西兰岛屿、北美特别是美国大陆、南美中部、中美加勒比海地区。第17页/共63页第18页/共63页风能及其分布 欧洲 欧洲是世界风能利用最发达的地区,其风资源非常丰富。欧洲沿海地区风资源最为丰富,主要包括英国和冰岛沿海、西班牙、法国、德国和挪威的大西洋沿海
8、,以及波罗的海沿海地区,其年平均风速可达9m/s以上。整个欧洲大陆,除了伊比利亚半岛中部、意大利北部、罗马尼亚和保加利亚等部分东南欧地区以及土耳其地区以外(该区域风速较小,在4至5m/s以下),其他大部分地区的风速都较大,基本在6至7m/s以上。第19页/共63页风能及其分布 亚洲第20页/共63页风能及其分布 中亚地中亚地区区草原,大部分地区都在6至7m/s,蕴含的风能十分丰富阿拉伯阿拉伯半岛及半岛及其沿海其沿海沙漠大部分地区都在6至7m/s蒙古高蒙古高原原风速能达到9m/s,但空气密度低,风功率密度很低南亚次南亚次大陆沿大陆沿海海风速均在6至7m/s以上,气候复杂多变,不利于风能开发亚洲东
9、亚洲东部及其部及其沿海地沿海地区区风速均在6至7m/s以上,甚至部分区域的风速甚至达到8到9m/s。地震台风海啸等自然灾害较多,不利于风能开发亚洲第21页/共63页第22页/共63页风能及其分布 沙漠及以北地区风速基本在6-7m/s以上沙漠以南风速较低,大部分地区均在5m/s以下,部分地区甚至不到3m/s,只有南非陆上风力资源较好,其风速可以达到7m/s南部沿海风速很大,达到8-9m/s以上中东部沿海风速也较大,达到6-7m/s,具有较大资源储量非洲撒哈拉沙漠沿海第23页/共63页风能及其分布 第24页/共63页风能及其分布 第25页/共63页风能及其分布 第26页/共63页风能及其分布 阿根
10、廷阿根廷全境均处于风资源丰富区,风速均在6m/s以上其南部地区的风速甚至达到8至9m/s巴西巴西东南部的高原地区风速在7m/s以上安第斯山脉地区风速达到9m/s以上沿海东部沿海以及南部沿海地区的风速普遍达到8至9m/s陆地风速均在7m/s以上沿海风速都在8至9m/s南美洲澳洲第27页/共63页风能及其分布根据全国风能详查和评价结果,我国陆上50m高度年平均风功率密度300瓦/平方米的风能资源理论储量为73亿千瓦。风能资源丰富和较丰富的地区主要分布在两个大带里。第一是三北(东北、华北、西北)地区丰富带;第二是沿海及其岛屿地丰富带。另外在一些地区由于湖泊和特殊地形的影响,风能也较丰富,成为内陆风能
11、丰富地区。第28页/共63页风能及其分布三北地区三北地区东北、华北、西北地区丰富带处于中高纬度,风能功率密度在200300瓦/m2以上,有的可达500瓦/m2以上如阿拉山口、达坂城、辉腾锡勒、锡林浩特的灰腾梁等、可利用的小时数在5000小时以上,有的可达7000小时以上沿海及岛屿沿海丰富带年有效风能功率密度在200瓦/m2以上,将风能功率密度线平行于海岸线,沿海岛屿风能功率密度在500瓦/m2以上如台山、平潭、东山、南鹿、大陈、嵊泗、南澳、马祖、马公、东沙等,可利用小时数约在7000-8000小时内陆湖泊和特殊地形的影响,风能也较丰富如鄱阳湖附近较周围地区风能就大,湖南衡山、安徽的黄山、云南太
12、华山等也较平地风能为大省区风能资源(10,000kW)省区风能资源(10,000kW)内蒙古6178山东394新疆3433江西293黑龙江1723江苏238甘肃1143广东195吉林638浙江164河北612福建137辽宁606海南64中国风能资源较丰富省区(10m)第29页/共63页风能的优缺点 风能的优缺点3第30页/共63页风能的优缺点1)经济驱动力 化石能源的枯竭,经济最优化,能源产业升级。2)环境驱动力 人们环保意识的增强3)社会驱动力 可创造很多就业机会4)技术驱动力 空气动力学的不断进步以及高强度、轻质材料的出现开发风能的原因第31页/共63页风能的优缺点风蕴藏丰富的能量,在自然
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