風(fēng)力發(fā)電站的選址和設(shè)想

 

關(guān)鍵詞　風(fēng)力發(fā)電站；逆止閥裝置；集聚風(fēng)力；正負(fù)電荷采集機(jī)；潔凈能源

 

現(xiàn)在風(fēng)力發(fā)電站大多數(shù)采用未經(jīng)改造的自然風(fēng)進(jìn)行發(fā)電，其年平均風(fēng)速在3m／s以上，運(yùn)行風(fēng)速達(dá)到4m／s以上，單機(jī)出率只有幾百至幾千千瓦。如果采用多臺(tái)發(fā)電機(jī)聯(lián)合運(yùn)行發(fā)電，就每臺(tái)機(jī)組之間縱橫相距20～30m，不僅需要比較寬闊的場(chǎng)地，而且，單機(jī)容量少，每千瓦(Kw)投資高，因此，阻礙了風(fēng)力發(fā)電站的發(fā)展。為此，如何選擇風(fēng)力發(fā)電站站址和集聚風(fēng)力就成為我們研究的課題。

 

風(fēng)力的產(chǎn)生是由于太陽能照射作用，使地表巖石、海洋、砂灘、森林間產(chǎn)生不同的溫度，致使空氣產(chǎn)生對(duì)流，同時(shí)，星球的萬有引力作用和地球自轉(zhuǎn)作用，會(huì)產(chǎn)生夏炎冬寒、白暖夜涼、地表熱高空冷，造成不同時(shí)節(jié)不同的風(fēng)向和風(fēng)力，另外，地形地貌對(duì)風(fēng)向和風(fēng)力聚集也有一定的影響，因此，風(fēng)力發(fā)電站象筑壩蓄水發(fā)電站一樣，需要進(jìn)行選址和集聚風(fēng)力構(gòu)筑物建設(shè)，才能充分發(fā)揮風(fēng)力發(fā)電的高效節(jié)能作用。對(duì)風(fēng)力發(fā)電站進(jìn)行選址來說，一搬選在較大盆地的風(fēng)力進(jìn)出口或較大海洋湖泊的風(fēng)力進(jìn)出口等，具體體現(xiàn)在高山環(huán)繞盆地(或海洋或湖泊)的狹谷低處，或有貫穿環(huán)山巖溶巖洞處，這樣，可獲得較大的風(fēng)力；對(duì)集聚風(fēng)力構(gòu)筑物建設(shè)來說，一搬在風(fēng)力進(jìn)出口處，建設(shè)帶有逆止閥取風(fēng)裝置和風(fēng)口由下往上建設(shè)、風(fēng)口斷面積按風(fēng)流速運(yùn)動(dòng)的規(guī)律由大逐漸變小建設(shè)，使風(fēng)速達(dá)到風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度和提高風(fēng)的單位面積的風(fēng)力能量。

 

風(fēng)力的流動(dòng)受到地形地貌的變化而變化，同時(shí)，風(fēng)力的流速受到季節(jié)變化而變化。因此，在選址上要考慮下列問題：

 

(1)峽谷進(jìn)出口風(fēng)力較大地址，如環(huán)山盆地與低洼地形(包括湖泊、海洋、平原、沙漠等)之間空氣交流的峽谷處，對(duì)太陽能形成不同溫差地形空氣交流場(chǎng)的峽谷處，常形成空氣對(duì)流的山谷處等

 

(2)可建設(shè)集聚風(fēng)力構(gòu)筑物和安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)組地形；

 

(3)處于用電中心；

 

(4)可修建交通道路，便于材料的運(yùn)輸和電站的管理；

 

(5)年平均風(fēng)速在3m／s以上，運(yùn)行風(fēng)速達(dá)為4m／s以上的時(shí)間達(dá)4000小時(shí)以上。

 

而在集聚風(fēng)力構(gòu)筑物建設(shè)上，則要考慮下列問題：

 

(1)具備布置帶有逆止閥的雙向收集風(fēng)能構(gòu)筑物地形；

 

(2)具備布置集聚風(fēng)力并引風(fēng)向半山腰或山頂上安裝單向風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的聚風(fēng)能構(gòu)筑物地形；

 

(3)具備布置風(fēng)力發(fā)電機(jī)組廠房和變電輸送場(chǎng)地；

 

(4)具備布置風(fēng)力發(fā)電站的施工和安裝場(chǎng)地；

 

(5)構(gòu)筑物滿足風(fēng)力電站的受力要求。

 

在風(fēng)力發(fā)電站設(shè)計(jì)中，由于風(fēng)力發(fā)電站地址處的風(fēng)力風(fēng)向隨著時(shí)間季節(jié)變化而變化，至少存在著兩個(gè)方向的風(fēng)力流向問題，如在寬闊場(chǎng)地，可采用風(fēng)向跟蹤技術(shù)，但在峽谷的風(fēng)口處，采用風(fēng)向跟蹤技術(shù)不現(xiàn)實(shí)。如果采用單向風(fēng)力發(fā)電，就浪費(fèi)約一半的風(fēng)力。如果采用雙向發(fā)電機(jī)組發(fā)電，就增加約一倍的成本。如果在風(fēng)口處安裝帶有逆止閥取風(fēng)裝置，接收多向的來風(fēng)，并把收集到的風(fēng)向引向在半山腰或山頂上安裝單向風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，就能實(shí)現(xiàn)單向風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電，從而避免了空闊場(chǎng)地的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中多安裝一臺(tái)風(fēng)力轉(zhuǎn)向的電動(dòng)機(jī)，達(dá)到簡(jiǎn)化設(shè)備的構(gòu)造。一方面，由于帶有逆止閥收集風(fēng)能單位能量較低，因此在收集風(fēng)構(gòu)筑物至風(fēng)力發(fā)電廠房之間建造把風(fēng)速風(fēng)力進(jìn)行集聚的引風(fēng)人工構(gòu)筑物管道(截面積由大變小)，使單位風(fēng)能達(dá)到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)要求，這樣，可以使設(shè)備小型化和提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的容量。另一方面，由于風(fēng)力不象水力可以把其蓄存起來，因此，風(fēng)力發(fā)電極其不穩(wěn)定，它需要穩(wěn)壓系統(tǒng)和電能儲(chǔ)備系統(tǒng)。

 

對(duì)于現(xiàn)有的直流電機(jī)(包括硅整流系統(tǒng))造價(jià)比較高，難以降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單位投資，不利于風(fēng)力發(fā)電站的發(fā)展。如果能利用正負(fù)電荷采集電機(jī)，就可能降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)的成本，其原理是采用電容的兩極輸送電子，使電荷在硅電路中從一端輸送到另一端的過程，其好象化學(xué)式蓄電池原理(化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程)相似，把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為直流電能的過程，直接對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，或送到用戶。減少了交直系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，輸出了穩(wěn)定的電壓。

 

對(duì)于風(fēng)力發(fā)電站來說，如果選址較好，就能獲得較大風(fēng)能，若能利用人工構(gòu)筑物收集和集聚風(fēng)力，可集中布置風(fēng)力發(fā)電機(jī)廠房和輸出線路以及控制線路，減少土地的征收和便于風(fēng)力電站的管理。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上，若采用正負(fù)電荷采集電機(jī)，就可減少穩(wěn)定系統(tǒng)和使設(shè)備簡(jiǎn)單化，經(jīng)過上述措施，可以使風(fēng)力發(fā)電站建設(shè)成本降低和風(fēng)力發(fā)電機(jī)單位kw投資達(dá)到理想值，可與其它能量發(fā)電單位千瓦(kw)投資相互競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)，因風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)是直接利用風(fēng)來發(fā)電，對(duì)環(huán)境的治理和保護(hù)的費(fèi)用很少，因此，風(fēng)力發(fā)電的建設(shè)成本和運(yùn)行成本是比較低的，其是優(yōu)先發(fā)展的潔凈能源。

 

由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)沒有象用煤發(fā)電對(duì)環(huán)境有負(fù)面影響，不象水力發(fā)電需要較大的蓄水庫容占用較多土地和移民及地質(zhì)災(zāi)害，也不象核電需要對(duì)有幅射廢棄物進(jìn)行處理，因此，投資于風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)比較小并得到較大的利潤(rùn)空間和獲得投資高回報(bào)。

 

現(xiàn)在，綠色能源在金融危機(jī)中得到了各國(guó)政府的追捧，中國(guó)在大力鼓勵(lì)可再生能源項(xiàng)目，并熱衷給綠色能源投資提供各項(xiàng)優(yōu)惠舉措，如太陽能行業(yè)補(bǔ)貼政策，資金占全國(guó)對(duì)綠色能源投資在4萬億元人民幣中的34％，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電的綠色能源也得到政府的補(bǔ)貼，所以，風(fēng)力發(fā)電站是吸引國(guó)內(nèi)外的資金比較理想的項(xiàng)目。同樣，潮夕電站因設(shè)置逆止閥裝置而使設(shè)備簡(jiǎn)單和多發(fā)電量。