中国风能与水能的开发与利用-陈梓溪

中国风能与水能的开发与利用风能1、风能与其他能源相比，有其明显的优点：蕴量巨大、可以再生、分布广泛、没有污染。风能和阳光一样，是取之不尽、用之不竭的再生能源；风力发电没有燃料问题，不会产生辐射或二氧化碳公害，也不会产生辐射或空气污染；而且从经济的角度讲，风力仪器比太阳能仪器要便宜九成多。中国风能储量很大、分布面广，甚至比水能还要丰富。合理利用风能，既可减少环境污染，又可减轻越来越大的能源短缺的压力。2、我国具有大力开发利用风能得天独厚的条件风电是“取之不尽，用之不竭”的可再生能源，与太阳能、生物质能、地热和海洋能等发电相比，其再生能力居于首位；其次风电是一种清洁的能源，既不通过消耗资源释放污染物、废料，也不产生温室气体破坏大气环境，也没有废渣堆放问题，有利于保护环境，有极好的环境效益和节能效益。3、 风能利用发展中的关键技术问题风能利用发展中的关键技术问题风能技术是一项涉及多个学科的综合技术。而且，风力机具有不同于通常机械系统的特性：动力源是具有很强随机性和不连续性的自然风，叶片经常运行在失速工况，传动系统的动力输入异常不规则，疲劳负载高于通常旋转机械几十倍。对于这样的强随机性的综合系统，其技术发展中有下列几个关键技术问题3.1空气动力学问题空气动力设计是风力机设计技术的基础，它主要涉及下列问题:一是风场湍流模型，早期风力机设计采用简化风场模型，对风力机疲劳载荷和极端载荷的确定具有重要意义；另一是动态气动模型。再一是新系列翼型。3.2结构动力学问题准确的结构动力学分析是风力机向更大、更柔和结构更优方向发展的关键。3.3控制技术问题风力机组的控制系统是一个综合性的控制系统。随着风力机组由恒速定浆距运行发展到变速变浆距运行，控制系统除了对机组进行并网、脱网和调向控制外，还要对机组进行转速和功率的控制，以保证机组安全和跟踪最佳运行功率3.4风能的概念与计算公式风是一种自然现象。由于不同地表(如海洋、森林、田野、山岳和沙漠等)在白天受太阳照射以及晚上吸放热的特性不同，对空气加热(或放热)的差异，造成了空气的流动，通常人们将垂直上下的流动称为“气流”，将水平流动称为“风”。由于空气是有一定质量的，因而其流动时必然具有一定能量，这就是风能。其计算公式为:E＝551ρgＡv(kw)。ρ代表空气密度，单位是kg/m3；A代表空气流动面积，单位是m2;g=9.8m/s2;v代表空气流动速度，单位是m/s.我国虽然是利用风力进行发电的最早的国家之一，但在其应用技术以及应用范围上的发展却不容乐观。从现在开始，大力开展风力发电事业，我国未来的风力发电的前景是很有希望的，虽然国外的风力发电技术已比较成熟，但我们应大力开展自主研发4、 我们不难想象风能将是21世纪人类理想的能源资源。原因概括起来有以下几点：4.1矿物能源的有限性迫使人们越来越重视风能等可再生能源的开发与利用。据1987年第二届太平洋煤炭会议资料介绍，按当时的开采速度，石油只能开采34年，天然气为60年，煤炭只能维持约200年。而风能资源量大且可再生。4.2化石燃料利用中不可避免的环境污染问题也使人们越来越倾向于风能等“绿色能源”的开发与利用。如据联合国环境署1997年报告：在过去20年，全世界能源消耗增长了50%，从现在到2020年，全球能源消耗还将比现在增长50%～100%，由此造成温室气体排放将会增加45%～90%，从而带来灾难性后果再如按照我国电力部规划，2000年全国风电场装机容量将超过100万kW，年发电量预计达到30亿kWh。若以相应的风电代替煤电，可减少污染物排放量约为：CO2--2250000t、SO2--18300t、ＮＯ2--13500t、粉尘--15600t。同时，在经济上每年还可减少燃煤消耗数百万吨，并相应节约大量运力、发电用水和灰场占地。可见发展风电不但具有可观的环境效益，而且具有可观的经济效益。此外有充分的事实证明，风能开发越充分，越有利于环境的保护与优化。4.3 风电技术的逐步成熟和风电机性能价格比的提高，使风电成本降低，逐步具备了与其他能源竞争的实力。风电在某些国家能源构成及消费中的比例越来越高，而且随着技术的进步，社会的发展，这一比例还会更高。风能等洁净、可再生能源的开发与利用将成为人类实施能源可持续发展战略的重要举措与途径。水能我国的现状我国水库总量虽然是世界第一，但人均水资源储蓄能力排名靠后。中国大坝协会统计，我国２００７年的水库总库容是６３４５亿立方米，受大坝和水库调节的量不到３０００亿立方米，人均不到５００立方米，远低于发达国家人均约２０００立方米的调蓄水平。相对于中国水能资源的蕴藏量和人口数量来说，中国仍需大力发展水电。中国幅员辽阔，河流众多，水能资源十分丰富。根据原能源部、水利部水利水电规划设计总院1994年编《全国大中型水电站规划图集》和一些省区的统计成果，我国大中型水电站的技术可开发水能资源修正后，总计装机容量为40609万KW，相应年发电量19184亿KW.h。根据1998年《中国水利建设40年》，我国小型水电站的技术可开发水能资源，装机容量为7000万KW，相应年发电量2500亿KW.h。修正后，全国大、中、小型水电站总的技术可开发水能资源装机容量为47609万KW，相应年发电量21684亿KW.h。我国的地形西高东低，成阶梯状，由西南的青藏高原、西部的帕米尔高原向东部沿海地区逐渐降低；降水量则随各地距海远近和地形条件变化，由东南向西北逐渐减少，而且河道径流年内、年际变化大；西部地区河道坡降陡落差大；南部地区径流丰富。这些地形和降水的特点造成了我国水能资源时空分布极不均匀的特点。2、当前，我国水能资源开发还存在不少问题，主要表现为：1、对水电在电力、能源及国民经济可持续发展中的重要作用缺乏足够的认识。水电建设周期长、投入大，一些地方、部门着眼于短期效益，较少考虑水电在能源结构中不可替代的调峰作用和作为二次的清洁能源的环境效益。2、投入不足，资金筹措困难。水电建设是资金密集型产业，需要的建设资金多，而多年来资金始终是困扰水电发展的制约因素。近年来，通过征收电力建设资金，实行集资办电和多种电价政策，合理利用外资，部分缓解了水电建设资金短缺的矛盾，但与需要相比，这个问题还远没有解决。国家应在水电政策上继续倾斜，进一步扩大投融资渠道。3、水库移民安置任务重。我国人多地少，修建水电站常有一定数量的库区群众需要迁移安置，这是水电建设中一个十分突出的问题。在人口稠密地区，这一矛盾尤为尖锐。水库移民安置是一项政策性很强的工作。以往由于移民经费安排过少，补偿不足，以致建成后常在这方面存在许多遗留问题。这些年来，情况则相反，移民补偿要求普遍较高，有的甚至极不合理，使电站建设增加了许多困难。这两种情况无疑都是不当的，需要认真总结经验，合理兼顾各方面利益，做好规划，妥善处理。4、缺乏完善的开发管理机制。水电既是国民经济的基础产业，又是河流综合开发的重要组成部分，涉及面广，需要协调好发电与其他各治水、用水部门的关系，同时要处理好干支流、上下游、左右岸的关系。因此，需要加强流域综合规划和统一管理，协调各方利益，按照市场规律，进行资源合理配置。目前，一些地方已进行有关管理和运行机制的探索，但还很不完善，需要总结经验，逐步建立。5、经济上缺少有利于加快水电建设的政策。目前，对水电建设项目实行的贷款利率偏高，还贷期限过短，税收政策，电价政策以及发供电间的利益分配政策等都还不尽合理。对具有综合利用效益的水电工程，如何就经营性部分和社会公益性部分进行费用分摊也尚未制定合理可行的办法。具体表现为：贷款条件不合理；税负过重，电价不合理；综合利用水电工程费用分摊不落实；水电前期工作远远落后于建设需要，最突出的问题是前期工作经费不足。6、小水电建设还存在着联网政策问题。对联网后的运行机制和并网管理的模式，目前还不够明确；对大小电网间和不同产权间的权益分配问题也要结合考虑合理解决。3、开发我国水电资源的必要性1.水电开发是提高国家能源安全保障的需要。鉴于我国的可再生能源储量及开发条件有限，经济增长又对电力需求的快速增长和对能源的进依存度快速提高的现实，势必将把发展水电的任务，提高到一个国家能源安全战略角度去认识，使能够在重视生态环境问题的同时，积极大力进行水电开发，以增强国家的能源安全，为全面建设小康社会提供有力支持。2.水电开发是发挥我国水能资源的“比较优势”的需要。我国人均占有水能资源量仅为世界平均值的70%左右，与人均煤炭占有量的79%略低，但远远高于石油11%和天然气4.5%。开发水电可以减轻我国化石能源需求的压力，提高我国的能源保障。但是我国水能资源开发程度很低，排在世界的80位，截止到2006年底，已投资的水电容量1.2875亿kW，只占技术可开发量的23.74%。数据表明，我国的水能资源具有丰富的能源资源储备，它的开发潜力很大。水能资源优势，远远没有发挥出来，因此，开发我国本土化的清洁可再生的水能资源的紧迫性、现实性就显而易见了。3.水电开发是改善和保护生态环境的需要。开发水电，一是可以大规模替代矿石能源，减轻煤、石油的大量消耗，给环境造成污染压力，二是有利于水土保持，三是可以带动地位经济发展和居民脱贫致富，推动生态移民，以电代柴，四是促进大江大河的治理，五是可以控制污染发展。4.水电开发是优化我国能源供应结构的需要。5.水电开发是促进西部大开发振兴西部地位经济的需要。我国西部地位经济发展相对落后，而且又是水能资源非常丰富的地区。我国可开发的水能资源的90%以上集中在京广铁路以西，79.3%的可开发的水能资源集中在经济相对后进的西部12省市（直辖市），尤其是四川、云南和西藏三个省区，技术可开发水电装机容量分别可达12004万kW、10193.9万kW和11000万kW，分别占全国技术可开发容量的22%、19%和20%。在我国14个大型水电基地中占了9个。然而，西部的优势的水能资源，却没有得到应有的开发利用，已建成的水电装机容量只占西部地区技术可开发量的10%不到，尚有90%以上的水能资源没有开发。6.水电开发是缓解我国运输压力的需要。我国能源供应特点是，生产基地大多在我国西部、北部，能源的消耗中心大多分布在东、南部。我国煤炭蕴藏量大多分布在西部、北部。煤炭生产地都远离煤炭消费中心，这种生产与消费特征，在我国境内形成了西电东送、北煤南运的强大煤流态势，给我国交通运输带来了巨大压力。今后随着煤电用煤的增长，煤炭运输给我国交通运输造成的潜在压力，比现实压力还要大，运输问题难以解决。如果不优化我国的能源结构，运输压力将长期存在，缓解能源供应紧张的目标也难实现。7.水电开发是水资源综合利用的需要水电开发是一个典型的具有经济、社会、环境等综合效益的事业，不仅可以发电，而且还可以兼有防洪、航运、灌溉、供水、生态、养殖提供等多种功能。鉴于我国的水能能源储量及开发条件，经济增长又对电力需求的快速增长和对能源的进依存度快速提高的现实，势必将把发展水电的任务，提高到一个国家能源安全战略角度去认识，