人类开发利用风能的历史

人类开发利用风能的历史人类开发利用风能的历史 太阳的辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分布不均，从而使 空气沿水平方向运动，空气流动所形成的动能称为风能。因此风能是太阳能的 一种转化形式，是一种可再生的自然能源。风能储量非常巨大，理论上仅１％ 的风能就能满足人类能源需要。风能利用主要是将大气运动时所具有的动能转 化为其它形式的能，其具体用途包括：风力发电、风帆助航、风车提水等。其 中，风力发电是风能利用的最重要形式。 风能利用，已有数千年的历史，在蒸汽机发明以前，风能曾经作为重要的 动力，用于船舶航行、提水饮用和灌溉、排水造田、磨面和锯木等。最旱的利 用方式是“风帆行舟”。埃及被认为可能是最先利用风能的国家，约在几千年 前，他们的风帆船就在尼罗河上航行。 我国是最旱使用帆船和风车的国家之 一，至少在３０００年前的商代就出现了帆船。唐代有“乘风破浪会有时，直 挂云帆济沧海”的诗句，可见那时风帆船已广泛用于江河航运。最辉煌的风帆 时代是中国的明代，１４世纪初叶中国航海家郑和七下西洋，庞大的风帆船队 功不可没。明代以后，风车得到了广泛的使用，宋应星的《天工开物》一书中 记载有：“扬郡以风帆数扇，俟风转车，风息则止”，这是对风车的一个比较 完善的描述。我国风帆船的制造已领先于世界。方以智著的《物理小识》记载 有：“用风帆六幅，车水灌田，淮阳海皆为之”，描述了当时人们已经懂得利 用风帆驱动水车灌田的技术。中国沿海沿江地区的风帆船和用风力提水灌溉或 制盐的做法，一直延续到２０世纪５０年代，仅在江苏沿海利用风力提水的设 备曾达２０万台。 １２世纪，风车从中东传入欧洲。１６世纪，荷兰人利用风车排水、与海 争地，在低洼的海滩地上建国立业，逐渐发展成为一个经济发达的国家。今 天，荷兰人将风车视为国宝，北欧国家保留的大量荷兰式的大风车，已成为人 类文明史的见证。 在蒸汽机出现之前，风力机械是动力机械的一大支柱，其后随着煤、石 油、天然气的大规模开采和廉价电力的获得，各种曾经被广泛使用的风力机 械，由于成本高、效率低、使用不方便等，无法与蒸汽机、内燃机和电动机等 相竞争，渐渐被淘汰。 到了１９世纪末，丹麦人首先研制了风力发电机。１８９１年，丹麦建成 了世界第一座风力发电站。风力发电在解决发展中国家无电农牧区居民的用电 方面起到了重要的作用，特别是２０世纪７０年代以后利用风力发电更进入了 一个蓬勃发展的阶段，在世界不同地区建立了许多大中型的风电场。预计到２ １世纪中叶，风能将会成为世界能源供应的支柱之一，成为人类社会可持续发 展的主要动力源。 利用风能的好处： 1.风能也是绝对可延续的，因为它不采取可以被消费的燃料或其他资源。 2.风力不会导致其噪声，并且他们未显示在农场、其他家畜或者旅游业关心的 任何影响。 3.不仅是风力可再造能源，但是像其他可再用的能源它不释放有害的温室气 体，当被管理-没有甲烷，没有二氧化碳时。 风能作为一种无污染和可以再生的新能源有着巨大的发展潜力，特别是对 沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期 内电网还难以达到的农村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径， 有着十分重要的意义。即使在发达国家，风能作为一种高效清洁的新能源也日 益受到重视。 我国对风能利用的历史和现状 风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球 表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。 那么风能是什么？风能是因空气流做功而产生的动量。空气流动具有的动 能称风能。空气流速越高，动能越大。人们所说的风力发电，是用风车把风的 动能转化为旋转的动作去推动发电机，以此产生电力，方法是透过传动轴，将 转子的旋转动力送至发电机。这是一种洁净的可再生能源，取之不尽，用之不 竭。在所有新能源、可再生能源利用技术中，风力发电是技术最成熟、最具规 模开发和商业发展前景的方式，对于改善能源结构、保护生态环境、保障能源 安全和实现经济的可持续发展等方面有着极其重要的意义。但是进行风力发电 的时候会产生庞大的噪音，由此造成一些鸟类动物的消失，且我国地形条件复 杂，因此风能资源的分布并不均匀，造成风力具有间歇性，经济性不足，这些 都是风能利用中有待解决的问题。 人类对于风能的利用可以追溯到公元前。而中国是世界上最早利用风能的 国家之一。在尧舜时代，我国古代先民已认识到扇动生风的原理，并开始将人 造风应用于生产、生活；在春秋战国时期，已经认识到风是由空气流动而产生 的，开始对自然风加以利用。同时中国是最早使用帆船和风车的国家之一。唐 代有“乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海”的诗句，可见那时风帆船已广泛用 于江河航运。最辉煌的风帆时代是中国的明代，14 世纪初叶中国航海家郑和七 下西洋，庞大的风帆船队功不可没。而风车的广泛使用是在明代之后，方以智 著的《物理小识》记载有：“用风帆六幅，车水灌田，淮阳海皆为之”，生动 形象地描述了当时古代先民已经懂得利用风帆驱动水车灌田的技术。古代风能 的广泛利用，对生产力水平的提高，以及社会的发展起到了重要的促进作用。 古代先民关于风能利用的探索和发明，取得了极为丰富的科技成就，积累了宝 贵的经验。 中国沿海沿江地区的风帆船和用风力提水灌溉或制盐的做法，一直 延续到 20 世纪 50 年代，仅在江苏沿海利用风力提水的设备就曾达 20 万台。70 年代中期以后风能开发利用列入“六五”国家重点项目，得到迅速发展。进入 80 年代中期以后，中国先后从丹麦、比利时、瑞典、美国、德国引进一批中、 大型风力发电机组。在新疆、内蒙古的风口及山东、浙江、福建、广东的岛屿 建立了 8 座示范性风力发电场。 自上世纪 80 年代中期引进 55kW 容量等级的风电机投入商业化运行开始， 经过二十几年的发展，我国的风电力市场已经获得了长足的发展。到 2009 年 底，我国风电总装机容量达到 2601 万 kW，位居世界第二，2009 年新增装机容 量 1300 万 kW，占世界新增装机容量的 36%，居世界首位。可以看出，我国风电 产业正步入一个跨越式发展的阶段，而 2010 年我国累计装机容量已 44733.29 万 kw。于 2011 年 11 月 13 日，新华社宣布，中国已超过美国，拥有世界最大 风力发电能力基础设施。 从技术发展上来说，我国风电企业经过“引进技术—消化吸收—自主创 新”的三步策略也日益发展壮大。随着国内 5WM 容量等级风电产品的相继下 线，以及国内兆瓦级机组在风电力市场的普及，标志我国已具备兆瓦级风机的 自主研发能力。同时，我国风电装备制造业的产业集中度进一步提高，国产机 组的国内市场份额逐年提高。目前我国风电机组整机制造业和关键零部件配套 企业已能基本满足国内风电发展需求，但是像变流器、主轴轴承等一些技术要 求较高的部件仍需大量进口。因此，我国风电装备制造业必须增强技术上的自 主创新，加强风电核心技术攻关，尤其是加强风电关键设备和技术的攻关。 根据我国风电发展预测，到 2020 年底全国总装机规模达到 12000 万 kw， 到 2050 年底，全国风电总装机规模到 50000 万 kw，风电规模化发展，使各项 技术经济指