书城科普青少年应该知道的能源
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第5章 空中舞者——风能

1.自然之能——风能

在地球上,由于地面各处受太阳辐照后,气温变化和空气中水蒸气的含量不同,因而引起各地气压的差异;在水平方向上,高压地区的空气向低压地区流动,就形成了风。

什么是风能呢,风能就是自然风产生的能量,也就是地球表面大量空气在水平方向流动所产生的动能。

风能资源决定因素有两个:风能密度和可利用的风能年累积小时数。估计在地球吸收的太阳能中,有1%到3%转化为风能,相当于地球上所有植物通过光合作用吸收太阳能转化为化学能的50到100倍。在高空上就会发现风的能量有多大,那里有时速超过160千米的强风。这些风的能量,最后因与地表及大气间的摩擦力而以各种热能的方式释放。

2.树大招风——风力分级

为了区分风的强弱程度,我们用风力等级来表示风的大小,而风力的等级,我们就看地面或海面物体被风吹动之后是什么情形,这样就能知道风有几级了。

一般而言,风力发电机组起动风速为2.5米/秒,脸上感觉有风且树叶摇动情况下,就已开始运转发电了,而当风速达28~34米/秒时,风机将会自动侦测停止运转,以降低对受体本身的伤害。

风作为一次性能源,加之它的资源丰富,偶然性巨大,因此风有自身特有许多的优点,值得人们去研究和加以有效利用。

(1)风能不污染环境,它是清洁能源。

(2)风能设施日趋进步,大量生产降低成本,在适当地点,风力发电成本已低于传统的发电方法。

(3)风能设施多为立体化设施,可保护陆地和生态。

(4)风力发电是可再生能源。

3.渐入佳境——风能的利用

风具有无穷的力量,风能为我们提供强大的动力,为我们发电带来了新的途径和便利。

风力发电是以风能作为动力的,无形的风能可以通过风车来化做我们需要的能量。当风吹动风轮时,风力带动风轮绕轴旋转,使得风能转化为机械能。

风车有了机械能,还能为我们提水。目前,世界上约有100多万台风力提水机在运转。它们屹立在世界各地随风转动叶片,在无私地帮助人们提水、铡草、加工饲料等。

世界风力发电总量居前3位的国家分别是德国、西班牙和美国,三国的风力发电总量占全球风力发电总量的60%。北欧国家丹麦就是世界上著名的“风车王国”。

现在,风力资源的最大利用已在资源愈加枯竭的许多国家蔚然成风,渐入佳境。风车也成为全世界中一道靓丽的风景线,它的数量多少是衡量一个国家对风能利用的重要标尺。在英国,迎风徐徐转动的微型风能电机给人们生活带来充足的电能,对美化环境发挥了不可估量的作用。

如今,一座座风力发电站屹立于世界广阔的草原和山岭之上,玉树临风。每当大风来临,它就会自动调转方向,迎着犀利的风幻化成无尽的能源;不管风力有多大,来势有多猛,它一概接收转成电能储存起来,为人们提供十足的电力。

寸有所长,尺有所短,虽然风能利用具有巨大的优势,但人们在具体应用过程中也存在着一些限制及弊端:

①风速不稳定,产生的能量大小不稳定。

②风能利用受地理位置限制严重。

③风能的转换效率低。

④风力发电在生态上的问题是可能干扰鸟类。

⑤风力发电需要大量土地兴建风力发电场,才可以生产比较多的能源。

⑥进行风力发电时,风力发电机会发出巨大的噪音,所以要找一些空旷的地方来兴建。

⑦风能是新型能源,相应的使用设备也不是很成熟。

为什么人们把风能称作是“无形的煤”?

原来,大风包含着巨大的能量。风速为每秒9~10米的五级风吹到物体表面上,每平方米面积受力约100牛;风速为每秒20米的九级风,每平方米面积上受力约500牛;飓风的风速可在每秒50~60米,每平方米物体表面受力为2000牛。

如果把风力开发出来为人类服务,那将是一笔巨大的财富。据有关科学家测算,全世界每年燃烧黑煤发出来的能量,只及风力在一年内可为我们提供能量的1/3000.所以,有人将风能称为肉眼看不见的“无形的煤”。

风能的大小与风速的立方成正比,因为风力发电机应尽可能安装在理想的风场,这种网场就称做“风力场”。

近年来,各国在选定的“风力场”上,集中了一大批风力发电站,联合向电网供电。

这项新技术为大规模地开发利用风能,节约矿物燃料和水力资源,保护地球生态环境,解决日益增长的用电需要,开辟了一条新路。