风力越大越好吗?

2024-11-30 16:52:00

风力顾名思义就是风的力量,与风的速度密切相关,人们常用风速来定量衡量风力的大小。国际上常用的风力分级标准是蒲福风级,是英国人蒲福(FrancisBeaufort)于1805年根据风对地面(或海面)物体影响程度而定出的风力等级,共分为017级。中国气象局也制定了风力强度标准,与国际风力标准基本相当,根据10米高度处风的速度,将风力划分为18个等级:风速在0.2/秒以下为0级风;1.63.3/秒的风速对应2级风;风力达到3级以上是风能开发的底线;10级风对应的风速是24.528.4/秒,这个级别的风破坏力已经较大,可将树木连根拔起,普通风机已无法承受该级别的上限风速;12级以上的风都称为台风,其中12级风对应风速为32.436.9/秒,17级风对应风速为56.161.2/秒。风速大于61.2/秒的统称18级风,由于在人口密集区域极为罕见,所以并没有更进一步的细分标准。

中国的风力资源较为丰富,尤以三北(东北、华北、西北)地区及东南沿海地区为佳。中国北方地区刚好处于欧亚大陆北部冷高压南下的通道之上,是冷空气入侵的前沿。每当冷锋过境时,中国北方地区常可出现610级(10.828.4/秒)大风,形成了丰富的风能资源。

中国北方地区风能丰富带的风能功率密度通常高于200300/2,有的可达500/2以上,年均可利用小时数在5000小时以上,甚至可以达到7000小时。中国典型的风能富集地区包括阿拉山口、达坂城、辉腾锡勒、酒泉等,其中酒泉风能资源总储量为1.5亿千瓦,可开发量0.4亿千瓦以上,可利用面积近1万平方千米,年平均风速在每秒5.7米以上,年有效风速时间达6300小时以上,年满负荷发电小时数达2300小时,无破坏性风速,对风能利用极为有利,适宜建设大型并网型风力发电场。

但是,风速大不代表风能功率高,青藏高原海拔4000米以上,这里的风速比较大,风能仍属一般地区。因为这里空气密度小,其空气密度大致为地面的67%,也就是说,同样是8/秒的风速,在平原上风能功率密度为313.6/2,而在海拔4000米高处风能功率密度仅为209.9/2

一般而言3级风就有利用的价值,但从经济合理的角度出发,风速大于4/秒才适宜用于发电。据测定,155千瓦的风力发电机组,当风速为9.5/秒时,机组的输出功率为55千瓦;而风速为5/秒时,仅为9.5千瓦。为了经济效益,对于兆瓦级风力发电机组,一般选择风速大于10/秒的地点安装。由此可见在一定范围内风力越大,经济效益也越大。

显而易见,并非风力越大越好。由于制造风机的材料强度有限,叶片、轴承等都有一定承受能力范围,为了保护风机,过大的风力是需要回避的。兆瓦级风力发电机组的一般切入风速是3/秒,切出风速是27/秒,切出风速相当于10级风的上限风速。这里的切出风速,就是保证风机机械设备不被大风损坏的速度,风速超过切出速度时,出于自我保护设计,风机将收回桨叶停止发电以减少受力面积,有效避免大风吹坏风机组件。27/秒切出风速的设计意味着11级以上的风力利用还没有在技术上形成突破。

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