风能的利用范文

风能的利用范文（精选11篇）

风能的利用 第1篇

关键词：建筑环境,风能利用,数值模拟

前言

随着经济的快速发展, 全球能源短缺日益加重, 充分利用绿色资源和可再生能源是当今社会面临的主要问题之一。可再生能源一般包括地热能、生物质能、水能、风能以及太阳能。其中风能作为一种清洁能源, 分布广泛, 且蕴藏巨大的能量。因此, 在环境污染日益加剧、能源短缺日益严重的情况下, 人们开始逐渐重视风能的有效利用。目前, 全球范围内开始对可再生能源进行探索, 风能发电是目前世界上除水力发电以外最具有商业价值的、技术最成熟的发电技术。自2006年我国《可再生能源法》的正式实施以来, 我国将风力发电作为绿色能源的重要组成部分, 并将其作为今后可再生能源的发展方向。

一、国内外建筑环境中风能利用现状

1. 国内研究现状

我国对风能的利用起步较晚, 从上世纪90年代开始才逐渐对建筑环境中风能利用进行探索。许多学者开始对建筑物周边的风压分布以及风速进行数值模拟, 并建立数学模型, 以求建筑物群体对风的影响。在我国西部偏远地区, 用电较为分散, 但风力资源丰富。因此, 风力发电技术的成熟很好的解决了输配电线路上分散的难题。

2. 国外研究现状

自上世纪70年代初, 国外一些学者开始对建筑物周边的风能进行数值模拟, 并计算风与建筑物之间的相互关系。随着计算机技术的不断进步以及CFD理论技术的完善, 数值模拟可以在短时间内对建筑物周边风环境的大型复杂问题做出解决措施。因此, 在建筑风环境研究中, 人们开始越来越重视数值模拟方法。随着计算机技术水平的不断提高以及计算模型的不断完善, 人们利用计算机开始对进行风洞试验, 并进行仿真分析。但数值模拟算法的最大缺点是可靠性低, 不能准确的预测建筑周边的气流。目前, 一些西方国家开始将利用建筑群固有的特点研究风力发电。主要包括以下3种模型, 即非流线体型、平板型以及扩散体型。

二、风能利用的理论基础

1. 风的形成以及风俗计算

风能是大气流动时将其自身的动能转化为其他形式的能量。但由于地球地形复杂, 气候差异等都会影响气流的运动, 因此风速和风向在时空上较为复杂。另外, 地表状况也会影响风速如森林、城市等, 粗糙的地表面可以减弱风速, 光滑的地表面会促进风速加大。风速的随机性很大, 因此给测量带来的难度, 它必须经过长时间的观测才能准确计算出某段时间、某一地区的平均风功率。对于风能的利用, 一般采用的是有效风能。

由于地表粗糙、地形差异等, 大气层中风速随高度的增加而逐渐加大。长期以来, 人们开始大量的对大气层中风的特性进行研究, 并利用统计法进行描述。通常情况下, 我们认为风速是水平运动的。但实际上风速在空间和时间随机变化, 其瞬时风速是由脉动风俗和水平风速组合而成。一般研究平均风速主要采取指数分布和对数律分布。

2. 风能计算和风能密度

风能密度通常是描述某个地区风能的潜力。在实际生活中, 风速在不断变化, 因此不能以某一时刻的瞬时值计算风能密度, 风能密度计算必须以长期的观察资料为基础。一般情况下, 计算风能的方法主要有概率计算法和直接计算法两种。概率计算法是利用韦布尔分布计算得出平均风能, 直接计算法是根据数据资料进行计算。

三、建筑环境中风能利用的研究方法

1. 城市风环境的主要特点

随着经济的发展, 城市高层建筑逐渐增多。目前, 我国城市建筑比较集中, 楼群风现象日益严重, 给人们的生活带来不利。楼群风是指城市中由于高层建筑的影响, 风除了向楼两侧和楼顶穿过以外, 还有一部分顺着楼体墙面吹向地面, 在地下分成两侧形成角流风。另外一部分在低矮建筑物背面形成涡旋风, 从而高空气流被引向地面, 加大地面的风速。因此, 在规划城市高层建筑过程中, 要尽量降低楼群风对城市的影响。在建筑环境中充分利用风能, 在高层建筑周围安置风力发电机进行风力发电。城市中各种风效应主要有逆风、分流风、下冲风和穿堂风等。需要特别说明的是, 由于高层建筑周围各种风效应之间相互作用, 因此造成风环境十分不稳定。

2. 城市建筑周边风环境的研究方法

目前, 我国研究城市建筑周边风环境主要采用风洞试验、现场观测以及数值模拟。

(1) 风洞试验

风洞试验是通过模拟建筑周边的风环境, 并通过安置在周边的仪器进行测量相关参数, 进而对大气中风环境进行预测。在进行风洞试验时原则上要做到和大气中气流运动边界条件相似、热力相似、动力相似、运动相似以及几何相似。就目前而言, 风洞试验技术相对较为成熟。其缺点是测量周期较长, 对于不同的建筑方案, 需设置不同的试验模型。另外, 风洞试验不能测量雷诺点、时间、风速等参数。

(2) 现场观测

现场观测是最直接有效的研究建筑风环境的测量方法, 但其受很多因素影响, 如不能在建筑物建造前进行测量。并且现场测量费时费力, 代价很高。就我国目前建筑风环境研究方法还不能够进行实体测量, 但实际测量数据对准确建立模型、分析建筑周边风环境具有十分重要的意义。

(3) 数值模拟

数值模拟主要是利用计算机技术对建筑物周边的风环境进行动力学模拟, 通常我们称之为计算机流体力学。计算机流体力学是近几年发展起来的新型学科, 广泛应用于生产过程和工业设计中。在建筑科学领域, 计算机流体力学开始对建筑规划、风对建筑结构的效应、建筑采暖与通风以及建筑火灾等问题上进行研究, 并获得显著效果。目前, 计算机流体力学已成为崭新的研究领域。

四、结语

随着经济的发展, 能源危机已摆在人们面前, 开发并利用可再生能源是当今国际面临的主要问题之一。风能作为绿色能源, 其无污染、清洁的特性受到越来越多研究者的高度重视。在城市建筑环境中, 风能免于运输, 可直接用于生活小区, 办公区等。本文以风能为背景, 对建筑环境中有效利用风力资源, 实现建筑物与风能的有机结合进行了探究。另外, 节能型绿色建筑还可以作为城市的标志, 增强市民对环境保护的意识以及对绿色能源的认识。

参考文献

[1]刘杰.可持续的城市设计及其单体的建筑设计——风力发电建筑设计[D].南京大学, 2012.

[2]袁行飞, 张玉.建筑环境中的风能利用研究进展[J].自然资源学报, 2011.

辽宁省风能利用及发展前景 第2篇

关键词：风电；风能利用现状；发展前景 一、辽宁省风力发电产业概况

（一）风电发展规模。截至 2010年底，辽宁省风电装机容量已达340万KW，规模居全国第二位，装机比例超过 12 %，远高于全国3%的水平。预计“十二五”期末，辽宁省风电装机容量将达到600万～1000万kW，届时辽宁将成为千万千瓦级风电基地。目前，阜新、铁岭、朝阳三市的风力发电占辽宁风电的一半以上，有力地支撑着辽宁经济区的快速发展，风电已成为辽宁的第二大能源。

辽宁在发展风电过程中，一直把生态建设放在重要位置。2011年，辽宁省出台了《风力发电场生态建设管理暂行办法》，对风力发电厂生态建设措施、地点、资金等方面提出相关要求，形成了风力发电与生态建设的有机结合，为全国首创。

据介绍，“十二五”期间，辽宁省将通过风电开发全面改善辽西北地区生态环境，预计增加生态建设投资10亿元，增加生态建设面积近万公顷，全面改善辽西北地区脆弱的生态环境，实现生态保护和经济发展双赢。

（二）风电场建设。风电作为未来主要可再生能源之一，近10年来发展非常迅速。辽宁省气象局从上世纪80年代开始参与全省风能资源的开发利用工作。最新评估认为，全省陆域10米高度上的风能资源总储量为0.89亿千瓦，省内风能资源丰富的地区主要集中在3个地带，即辽北丘陵地区、环渤海沿岸地带、黄海北岸的沿海地带。

作为东北老工业基地，辽宁是能源消耗大省，能源供应以煤炭火力发电为主，近年来能源紧缺、环境污染等问题日渐突出。对低碳环保的风能的开发利用，成为未来发展的新课题。与此同时，辽宁的风力资源比较丰富，在全国位居前列，主要集中在北部丘陵山区和沿海地带。目前，辽宁开展风电场风能资源实测的观测点已遍及全省12个市，全省已选出了百余个风电场场址。辽宁省迄今规模最大的风力发电项目——大连驼山风电场位于瓦房店市驼山乡，占地约62km2，总投资达28亿元，最终装机容量达30万kW。驼山风电场全面投产后，每年可生产超过7亿kWh的电能，对东北电网末端电源将起到补充作用。

彰武金山风力发电一期工程现已投产，项目总投资9144万元，装机容量达1.02万kW。由中国和荷兰共同投资的辽宁葫芦岛兴城台子里5万kW风力发电项目一期工程总投资近 4 亿元，总装机容量 49.5 MW，安装 33 台 1500 kW 风电机组，一期工程已建成投产。位于鸭绿江口的东港市大鹿岛3万kW风电场，一期工程已建成投产。这些大型风力发电场的建设，均获得了良好的经济效益和社会效益。

（三）风电投资环境。目前，辽宁正在不断加快智能电网建设，积极深入开展清洁能源消纳能力及风光储输一体化研究。

丰富的风力资源和政府部门的大力推动，使投资商纷纷前来投资。华能集团投资建设的华能阜新风电一期工程—高山子10万kW风电场于2008年6月30日建成并网发电，已累计发电 2.3 亿 kWh。目前，投资 31 亿元、装机容量达30万kW的二期工程正在建设中。此外，国电集团、香港华润集团等知名的电力投资商也都在辽宁开展风电项目建设。

风电建设的迅速发展还带动了辽宁的风力发电设备制造产业，位于大连的华锐风电科技公司2008 年组装了1000台风力发电机组，占当年全国风力发电机组市场的20%。

二、风电发展遇到的问题

（1）风电迅速发展的同时暴露出资源浪费及滥用的问题。

风力发电有时产量不足，有时产量过剩，再加上风力变化很难预测，所以造成产能的很大浪费。同时，由于我国现有政策几乎完全是单方面地跋扈风电开发投资者的利益造成风电开发过度追求产量而忽视质量。（2）与欧美等发达国家相比，我国风电设备制造产业集中度不高，自主技术研发能力薄弱，核心技术储备不足，部分国内企业单纯以降低成本方式占领市场，忽视技术进步、产品可靠性等内在核心竞争力的培育，一些风电设备质量问题也频频出现。一些附加值较高的风电材料和关键零部件仍然依赖国外进口，风电负荷的储能、调峰等新技术研发力度不够，影响了风电效益的整体提高，制约了风电产业的发展后劲。（3）风力发电还有电价较高的问题。风力发电厂发出的电能的价格是每度0.54元，而收购火电的价格是大约每度0.38元。同样的电能，风电的价格要比火电贵出不少。而现在风电价格较高的主要原因是购置设备投入大。

三、推动发展风能利用技术及其产业的建议

（一）统一规划风电产业发展，实现产业合理布局。辽宁地区风能资源开发与风电产业发展规划目标的实现，有赖于风能资源的合理开发和利用，有赖于风电产业发展空间的合理布局，这一切都取决于辽宁地区风能资源开发以及风电产业发展重点的确定。

目前风电发展还比较单一，可向多元化方向发展。在关注陆地风电利用的同时，也应重视更具有广阔资源的海上风电发展。海上风电已成全球风电发展的最新前沿，世界各国都将其作为可再生能源开发利用的重要方向。目前我国能源紧张，应提高认识，确立能源领域的科学发展观，树立大力发展风电的战略意识，促使风力发电成为辽宁省最具商业化发展前景的成熟技术和新兴产业，使其在经济社会发展中发挥重要的作用。

（二）对风力发电机组产品的关键技术进行重点攻关，大力发展风机制造业。在国内风力发电的发展史上，辽宁省一直走在前列，但风力发电机组制造能力相对薄弱，其设备占国产风电市场份额较低。随着国内风电发展进入快速发展期，必将给风机制造市场带来更广阔的发展空间。因此，应抓住机遇，以东北老工业基地振兴为契机，充分发挥辽宁省装备工业基础雄厚的优势，大力发展风机制造业，对重点企业进行技术改造，对风力发电机组的关键技术进行重点攻关，以进一步提高产品的技术水平和质量，加速国产化的进程，不断开拓国内外市场。

针对风电的大规模集中并网易造成电网运行稳定年度加大的问题，可以发展风光互补发电系统，将二者优势结合起来，实现电能供应方面的互补，提高系统运行的效率和可靠性。

（三）制定比常规能源发展更具体的优惠政策，促进风电行业的持续、稳步增长。风力发电属清洁的新能源，是一种社会效益和生态效益巨大并具有基础性、战略性的产业，几乎所有的国家都实施了不同程度的保护。应重新认识新能源的基础性地位，适时地制定加快风能发展和建设的鼓励性政策、法规和制度，要继续给予比常规能源发展更具体的优惠政策，保护投资者和经营者的合法权益，激发其生产经营热情和积极性，促进风电行业的持续、稳步增长。要对一些贫困无电地区实施费用补贴，使当地居民买得起、用得上，以促进风电产业的社会效益和经济效益。

由于辽宁省拥有得天独厚的风能资源，装备制造业的雄厚实力及多年风能科学技术研究与风力发电产业化实践，再加上市场对绿色电力需求的逐步升温和政府强有力的政策导向，相信在不久的将来，在辽宁省广阔的风力密集区将会建成更多的风力发电集群。由于海上风能资源比陆地丰富，在辽宁省境内渤海辽东湾等地建设海上风电场的理想也将成为现实。

参考文献：

[1] 佟昕. 辽宁省风能利用及研究开发现状[J].中国能源，2012，(9):39-41.

[2] 吴伟. 辽宁省风电产业发展中的问题和对策研究[J].辽宁省社会主义学院学报，2010，(9):69-72.

某小型风机提高风能利用率的研究 第3篇

Savonius小型垂直式风机于1931年由芬兰工程师Savonius提出,其具有能够在低风速下起动,不受风向限制和结构承载能力强的特点[1]。典型结构由两个半圆形叶片构成,断面呈“S”型( 如图1所示) 。国内外的学者采用风洞试验和数值模拟的方法对该型风机进行了探究。风动试验研究了叶片数目[2]、高径比( d /h)[3]以及叶片重叠比( e/d)[3]等参数对风机性能的影响,得出了各项的最优区间; 计算机仿真了得到叶片周围流体的速度矢量分布以及叶片表面各处的压力分布情况[4,5]。

尽管对于该型风机的研究已经取得了较大的进展,但是该型风机的固有缺点依然存在,Savonius风力机的整体风能利用率较其他风机偏低。因此,需要对该型风机进行进一步的改进,以规避上述问题。 Burcin Deda Altan、Kunio Irabu等人[6,7,8]提出了应用导流板来增加风机风能利用率的方法,但是并没有对导流板的各因素对风机风能利用率的影响进行更为深入的探讨。本文通过数值仿真方法讨论了导流板的各因素对该型风机风能利用率的影响及其合理使用的可能,为该型风机的设计提供有益的参考。

1基本方程与计算方法

本文研究的风机尺寸如图1所示,叶片圆弧直径d = 0. 5 m,叶片重叠比e/d = 0. 1,叶片高度h = 1 m。

计算机仿真过程中采用雷诺平均化N - S方程[9]

式中u———流体速度;

u'———脉动瞬时值;

x———流体位移;

p———流体压力;

ρ———流体密度;

μ———流体动力粘度;

S———源。

湍流模型采用标准k - ε 模型

式中 ε———湍流耗散率;

Gk———由平均速度梯度引起的湍动能k的产生项;

C1ε= 1. 44,C2ε= 1. 92。

2叶片建模与验证

首先建立二维模型,如图2所示,其中Vw表示来流速度,θ 表示叶片位置。针对上文所述的风机尺寸利用Gambit建立几何结构以及生成网格。叶片材质为2 mm厚的钢板,计算域为20 m × 40 m的矩形区域,叶片中心距离入口距离10 m。采用混合方法划分网格,即结构化网格和非结构化网格相结合,网格处理如图3所示,其中,叶片周围局部加密, 边界层首层高度1 mm,共5层。圆形区域为结构化网格,用Interface与外部非结构化网格隔开,网格总数为1. 7 × 104。

应用Fluent作为流动模拟计算的求解器,在二维模型中,左侧为速度入口,上下为壁面,右侧为压力出口,Vw= 14 m / s,时间属性为定常流动。在此设定下进行网格无关性验证,计算 θ = 45°时不同网格密度下叶片对转轴产生的静态力矩,结果如表1。

可以看出网格数为1. 7 × 104可满足计算精度, 同时降低计算量,本文研究中统一采用这种网格密度。

在二维模型的基础上建立三维模型,建模过程中应用叶片沿转轴方向的对称性,将一半的风机置于20 m × 40 m × 1 m的计算域中。叶片网格分布如图4所示,网格数量为1. 04 × 106。

Robert等人对此风机进行了风洞试验[10],在确定来流方向条件下,叶片每隔10°转动一次,通过叶片与来流方向相对角度的变化来模拟不同的来流方向以及叶片转动到不同位置时的风机表现。风洞试验测量了 θ 在特定位置下叶片相对于转动轴所产生的力矩大小。本文采用上述实验研究的实验数据作为本文数值模型的校正基础。叶片转动以180°为一个周期,从风动试验和本文的数值计算结果可以看出,叶片在15° ~ 105°之间输出力矩较大[11],而在其余范围内输出力矩较小,因此本文重点讨论在该角度范围内的试验和计算结果。二维、三维仿真与风洞试验结果对比如图5所示,通过图5可以看出, 二维、三维数值仿真均与风动试验的结果在整体趋势上相吻合,且误差都在10% 以内,该数值模型能够为之后的数值计算提供较为可靠的计算基础。基于这一事实,本文的研究均采用二维模型。

3模拟计算结果及分析

本文在来流方向增加导流板,以提高风机效率, 安装导流板的风机俯视图如图6所示,网格细节处理如图7所示。

本文主要讨论的导流板影响对风机风能利用率的影响因素有导流板与来流方向的夹角 α,导流板长度L以及导流板距叶片转动区域的距离x。

数值计算首先讨论导流板与来流方向的夹角 α 对叶片力矩的影响,其中设定导流板长度L = 1 m, 导流板距叶片转动区域的距离为x = 0. 025 m。当 α 分别为30°、45°、60°时,风机叶片产生力矩的变化如图8所示。计算中选取力矩较大的三个位置,即 θ 分别为35°、45°和55°的情况作为对比分析。通过图8可以看出,增加导流板后,风机静态力矩明显提高,导流板与来流方向的夹角 α = 60°时效果最为明显,静态扭转力矩提高幅度为20% ~ 30% ; α = 30° 情况下静态扭转力矩提高了10% ~ 20% ; α = 45° 时,提高幅度为15% ~ 30% 。α = 45°,θ = 45°位置处的速度云图如图9所示。

讨论导流板长度L对叶片力矩的影响,固定导流板与来流方向的夹角为 α = 60°且导流板距叶片转动区域的距离为x = 0. 025 m,研究导流板长度L分别为0. 6 m、1 m与1. 4 m时叶片静态扭转力矩的变化。图10的数值计算结果可以看出,当导流板长度L = 0. 6 m时,静态扭转力矩平均提高25% 左右, 而当导流板长度L = 1. 4时,这一数值可以达到30% ~ 40% 。因此可以看出导流板越长带来的静态扭转力矩提高就越明显。但是随着导流板长度的增加会导致更高的制造成本和安全隐患,因此在实际应用中,应控制导流板长度在合理的范围内。在今后的研究中,需要对导流板长度的合理范围进行更加深入的探索。

讨论导流板距叶片转动区域的距离x对叶片静态力矩的影响,取导流板长度L = 1 m,导流板与来流方向的夹角 α = 60°,x分别为0. 025 m、0. 01 m与0. 04 m。通过图11中的实验结果可以发现,导流板距叶片转动区域的距离x = 0. 04 m时,在叶片处于 θ = 35°位置时静态扭转力矩改善明显优于其他两种工况,然而当叶片处于 θ = 55°位置时静态扭转力矩改善效果与其他两种工况相当。说明导流板与叶片之间较大的距离并不一定提供更高的静态力矩。对比几种情况发现,对应不同的导流板位置x,叶片静态扭转力矩均提高了20% ~ 30% 左右,不同的导流板位置对叶片静态扭转力矩的提升的差异并不明显,体现出了有限的影响作用,因此在实际工程中可以根据制造难度、安装难度以及安全距离对导流板位置作灵活调整。

4结语

通过本文的仿真结果可以看出,增加导流板能够显著提高Savonius型风机的静态力矩,进而提高了风机的风能利用率。通过设置不同的导流板长度、角度以及安装位置,讨论了不同导流板因素对提升该型风机叶片静态扭转力矩的影响。导流板能够在有限增加制造成本的基础上对风机性能进行较为合理的改善,有效地弥补了Savonius型风机风能利用率不高的缺陷。导流板对其他种类的风机叶片静态力矩的影响值得进一步研究。本文主要研究了导流板的三个主要参数,后续研究需要对其他参数如导流板曲度,对叶片的遮挡面积等对力矩的影响进行更全面的分析,也可以对如何调控导流板与来风方向角度进行深入探讨。

参考文献

[1]田文强,李岩,冯放,等.Savonius风力机力矩特性的数值计算与风洞试验研究[J].可再生能源,2013,31(2):15-18,23.

[2]Sivasegaram S.Design parameters affecting the performance of resistance-type,vertical-axis windrotors-An experimental investigation[J].Wind engineering,1977(1):207-217.

[3]Khan M H.Model and prototype performance characteristics of Savonius rotor windmill[J].Wind Engineering,1978(2):75-85.

[4]王军,仁飘零,王兴双.一种新型垂直轴风力机的CFD分析[J].工程热物理学报,2012,33(1):63-66.

[5]位晓清,王东兴,蔡国忠,等.小型Savonius风机的创新设计与仿真分析[J].能源与节能,2012(10):1-3.

[6]Burcin Deda Altan,Mehmet Atilgan.The use of a curtain design to increase the performance level of a Savonius wind rotors[J].Renewable Energy,2010(35):821-829.

[7]Kunio Irabu,Jitendro Nath Roy.Characteristics of wind power on Savonius rotor using a guide-box tunnel[J].Experimental Thermal and Fluid Science,2007(32):580-586.

[8]仁飘零,王兴双,王军.一种新型垂直轴风力机的CFD研究[C].武汉:“两区”同建与科学发展第四届学术年会论文集,2010.

[9]Rollet-Miet P,Laurence D,Ferziger J.LES and RANS of turbulent flow in tube bundles[J].International Journal of Heat and Fluid Flow,1999,20(3):241-254.

[10]Robert E.Sheldahl,Bennie F.Blackwell,Louis V.Feltz.Wind Tunnel Performance Data for Two-and ThreeBucket Savonius Rotors[J].Journal of Energy,1978,2(3):160-164.

风能的利用 第4篇

阅读下面一篇文章，完成710题（14分）

①风能、太阳能、潮汐能的开发可以有效缓解中国的能源供应困局，其中产业化条件最为成熟的首推风力发电。较之其他新能源，风电优势更加明显：它蕴藏量大，超过所有油、气、煤的储藏量；理论上仅1%的风能就能满足人类能源需求。

②在江苏沿海，从南通向北直到连云港，有连绵数百公里的滩涂，这是一块孕育着财富和梦想却一直被自然掖藏着的新大陆。这里常年风速保持在每秒7-8米，正是绝佳的风电场。

③这一带可建超过1000万千瓦的海上风电场，相当于三峡的装机容量，堪称“海上三峡”，却没有百万移民的负担，也不占用耕地和消耗水资源。而1个三峡的投资，可以建2-3个三峡规模的风电场。而且风力是一种洁净的`自然资源，没有火力发电排放大量二氧化碳所带来的污染。

④虽然前景如此诱人，但是风能却并非竖起风车就等着发电。因为有两个世界性的“拦路虎”：一是，风电之于火电，由于电压、频率波动性大，因而大规模并入常规电网，会危害常规电网；二是，风力机结构复杂，风电价格远高于煤电，我国风电设备单位功率的费用是煤电的两倍以上，电网公司很难接受或根本不愿意购买风电，有人据此将风电比喻为“垃圾电”。

⑤有专家经过研究发现,风电对于某些工业生产，特别是有色冶金、氯碱等高耗能产业，如能直接非并网利用，会像黄金一样宝贵。不但减少或完全消除对电网的危害，也降低了生产成本，大大提高生产效率。通过非并网技术使风电快速进入特定高耗能产业，使“垃圾电”变成“黄金电”。电解铝生产来说,每吨铝的耗电量是惊人的1.5万千瓦时，如果风电专门供应大型铝厂，巨大的电能就被“置换”出去，风能也因此获得了普惠社会的方式。这是一项geming性的技术，有很强的挑战性，如果能够成功，中国的风电技术将领先世界。

⑥目前，非并网技术已经基本攻克，下一步就是在江苏省内找一个试点。一旦试点成功，它将是世界利用风能的最新里程碑。

7．通读全文后，请为本文拟一个恰当的标题。（2分）

8．第②段中，为什么说“这是一块孕育着财富和梦想却一直被自然掖藏着的新大陆？（4分）

9．结合语境，说说下列句子中加点词语的表达效果。（4分）

①通过非并网技术使风电快速进入特定高耗能产业，使“垃圾电”变成“黄金电”。

②一旦试点成功，它将是世界利用风能的最新里程碑。

10．为什么要大力发展风电产业？请分条陈述。（4分）

参考答案：

7、风能将成就江苏沿海成为“海上三峡”（或“江苏沿海风能利用前景诱人）

8、因为这里蕴藏着巨大的风力资源，一旦利用将产生巨大的经济和社会价值，但是由于技术条件的限制目前还没有充分利用。

9、①“黄金电“用打比方的方法，生动而形象地说明非并网技术将使风电产生巨大的效益，变得像黄金一样宝贵。

②“一旦“表示时间的不确定，表明非并网技术还在试点阶段，将来有可能成为现实。体现了说明文语言的准确性。

最具创意的风能发电设计 第5篇

不妨大胆想象一下：让外表圆润的风轮机安静地“坐”在你后院的一个角落，产生可供整个房子使用的电量；拥有一辆风能汽车，速度超过传统意义上的电动汽车；不须使用电源插座便可给手机充电，整个充电过程由风完成：建造一座可自行随风旋转的摩天大楼。以下是在风能利用方面若干最有趣同时也最具创意的设计：

1迪拜可旋转风能摩天楼

在迪拜这个技术革新和可持续发展实验“重地”，我们经常能发现一些非常有趣的事情，风能利用自然也不例外。在设计上，这个外表漂亮但又有些怪异的塔状建筑的楼层可自行随风改变形状，可谓是建筑家族中的变形金刚。在风的作用下，建筑内部视野始终处于旋转状态，从外部看，整座建筑的外表经常在地平线上演变形奇观。

2在空中漂浮和飞行的风轮机

世界上的风力资源非常丰富，问题是如何找到一种利用风能的最理想方式。在绝大多数情况下，高度越高的风移动速度也越快，如能实现“高空作业”，那在利用风能方面实现材料效率最大化便成为一种可能，这已然是很多人的一个梦想。萨尔萨姆(Sals锄)飞行风轮机便决定让这种梦想成为现实。从图片上看，巨型挠性轴从在水面上移动的漂浮基地伸出，连接空中的风轮机，挠性轴的长度可自行调节，进而让风轮机产生最大能量。据悉，这种风能利用方式的工作效率是陆基风轮机系统的几倍，同时也不必像后者那样使用质量相当高的材料。

3未来派风轮机纳米“气孔皮肤”

在人力所能及的范围让风能变得易于获得和无处不在方面，纳米“气孔皮肤”可能是最聪明的设计之一。简单地说，所谓的纳米“气孔皮肤”是指一个由无数微型涡轮“编织”后形成的一个系统，这种类似织物的系统能够以任何形状和面积加以“部署”，即附在建筑物表面。虽然每一个涡轮只产生极小电量，但无数涡轮齐上阵却可形成巨大的网路效应。这种系统能够以层状置于现有表面并与城市建筑融为一体，同时也无需大量建筑成本、额外材料或者对现有结构产生干扰。从某种程度上说，这种风能利用方式能够“叫板”太阳能电池板。太阳能电池板能够安装在屋顶上，风轮机皮肤也是如此。

4磁悬浮高效风轮机

在利用风能方面的一个最大缺陷就是很多能量都被移动组件间的摩擦力消耗。利用磁铁系统减少摩擦力同时让涡轮机的旋转零件处于悬浮状态，这种设计不仅提高能效，同时还要比传统的风电厂占据更少空间。由于这种特殊的移动方式，磁悬浮风轮机也可以旋转并在风速极低情况下发电，与风电厂的传统涡轮形成鲜明对比。

5风能手机充电器

提到利用风能发电，人们往往与大型风轮机联系在一起，实际上，风能发电也可以在非常小的规模内进行，风能手机充电器就是一个很好的例子。虽然在便携性方面无法与典型的充电器相提并论，但在家里安装一个风能手机充电器还是非常容易的。它不仅能节省能源，同时也能减少手机充电时间。由于无需电源插座便可完成充电过程，外出旅行时带上这个风能装置显然是一个不错选择。

6可移动式家用风轮机

利用风能发电的另一个问题就是始终处于变化之中的城市环境，其中包括居民住址的变更以及建筑物的建造、本身出现的破损以及自然灾难。一个不用兴师动众的解决办法是引入个头更小的可移动式风能发电机，如果这种便于安装和拆卸的风能装置能够得到广泛应用，势必让居民用电发生大的变化。

7外形时尚的家用风轮机

风能的利用 第6篇

近年来, 建筑行业的迅速发展改变了中国城市的面貌和人民的生活方式。城市高层建筑整体布局的优化, 有效的节约了建设用地, 促使土地能够被高效率利用, 高层建筑逐步成为城市现代化水平的标志。科学、系统、合理的进行对高层建筑形态的优化设计是城市整体空间自身特色脉络的有效延续与环境规划布局的重新塑造。城市高层建筑形体的优化设计是城市规划系统中的重要组成部分, 对城市整体的外在形象与内在气质的形成有着重要的作用。高层建筑的开发整合了城市的土地资源, 促使土地得以高效率利用, 高层建筑体量大、造价高、形体明显, 对城市整体空间形态影响作用显著。建筑形态优化设计是发挥创造力和体现设计理念的关键之处, 是多种学科的交叉融合。城市的高层建筑形体优化设计担负着节能减排、功能布局、设施配套以及对空间形态的有效控制和引导。

1 城市高层建筑形态优化设计研究

1.1 城市高层建筑整体布局优化

现代城市建筑体系功能要求复合化、科学化与合理化, 工程实践中已逐步将办公、活动空间、商业购物、社民居住等多功能融为一体, 形成一个整体的框架与体系。现代城市各种不同的建筑形式并存, 在高度与密度上的设计与排列都在展现着建筑各区域的功能和自身特性, 同时在重点地段的高层建筑更是凸显其城市标志与视觉关键点的作用。高层建筑在整体布局的过程中, 需要将高层建筑沿着城市道路布置在主要道路或道路转角处, 通过加大、拓宽建筑退让距离, 进而来减少高层建筑体系对城市道路的严重压迫感。城市高层建筑规划布局要以其特殊的地质环境背景为基础, 高层建筑首先要避免建立在地下空间采空区范围内, 合理避开地震断裂带, 高层建筑之间存在一定的避让距离。城市高层建筑在城市整体规划中应该综合考虑影响城市总体层面上的各种因素, 进行建筑体系高度分区, 确定高层建筑适宜建设、限制建设以及禁止建设的区域, 建设过程中重点分析城市特色区域, 强调在高层建筑的规划与设计中在满足城市居民使用功能的同时, 满足城市历史文化, 城市风土人情以及城市综合特色的着重体现。

1.2 城市高层建筑细部造型的优化设计

城市规划与开发的过程中科学、合理的开发模式、建设模式是整个城市规划设计的第一步, 是城市规划与发展的重要理论基础。高层建筑顶部造型设计关系着整个城市的外在形象, 高层建筑细部的优化设计是整体形象下对城市内涵的具体阐释。高层建筑细部设计与整体规划布局相结合能够给予城市一种崭新的时代感, 映现出整个城市对社会文化的一种内在追求。高层建筑的细部设计相对于建筑整体造型来说, 在一定程度上具有独立性、完整性以及个性。高层建筑的整体造型取得的效果是细部对整体形式所做贡献的集合体, 消除了建筑形式的单调和乏味。建筑的整体风格是地方性因素结合城市特殊的地理环境产生的建筑细部形式设计。高层建筑顶部造型设计是城市高层建筑体系竖向体量在空中为整个城市营造的终端形象, 进行优化设计的过程中, 顶部造型不但要考虑其本身形象, 考虑顶部设计造型对整个城市景观的影响, 而且要考虑主要顶部造型的功能设计。顶部造型自身形象设计与功能设计是整个城市景观与文化特色的重要体现, 其可以作为城市建筑的标志、象征, 为城市引入醒目的天际轮廓线, 对整体形象起着关键作用。现阶段, 我国城市的高层建筑立面造型与顶部造型的优化设计已逐步过渡于对整体造型的优化和设计, 高层建筑体系顶部造型的优化设计与城市文化与内在气质相融合, 顶部造型是城市景观变化和处理的重点之一, 在实践中没有充分发挥其重要的功能, 需要结合城市环境形态对天际轮廓线的衬托效果进行综合设计引导。在注重高层建筑建设与城市环境风格的融合中, 强调顶部造型设计与城市自身地质环境相适应, 将可能突发灾害发生后可能承受的荷载以及其他外界因素进行综合考虑, 为城市整体景观与建筑功能布局提供好的发展方向。科学合理的细部造型是城市景观与城市空间形态的重要部分, 其功能能够有力的宣传城市自身固有的相关特色, 是对城市自身的一个重要宣传, 能够作为城市高层建筑与城市景观的重要标志与象征, 为整个城市提供醒目的天际轮廓线, 对城市的整体形象与造型起着关键作用。

2 城市高层建筑风能利用研究

2.1 城市高层建筑风能利用设计

高层建筑风能利用是现代建筑与能源利用的有效融合, 已然成为现代城市综合规划设计的必然趋势。融合过程涉及到多方面的综合技术要素, 涵盖建筑物的负载计算、用电量进行估算, 进风能收集系统的安装容量等。城市超高层建筑风能设计过程中需要综合建筑物当地的地质环境条件、水文地质条件、气象气候条件, 结合超高层建筑外观要求及建筑节能方案的特征, 确定风能利用的相关软硬件的安装条件、环境、方位的设置和仪器的型号以及外观的设计, 同时保证风能利用系统的转换效率、相关组件的选择和仪器数量的设计、相邻间距的设计、方位的设计、相关组件之间的连接方式设计以及采集器安装节点的设计等。安装和维护强调确保现场安装部位的承受的载荷满足规范要求, 综合考虑特殊情况下能够正常使用, 保证相关组件的顺利安装, 消除一切对建筑形成不利影响, 建立设备运行检测、评估与反馈信息系统, 对设备的运行情况进行动态监控。风能容易收集的部位与室内通风性能较好的区域需要综合考虑室内的通风需求以及建筑承受能力的影响。城市高层建筑风能利用设计应综合考虑到风能利用系统相关构件的几何形态与建筑表皮设计之间的系统关系, 相关构件的几何形态应该与建筑物的整体形象和其功能的需求相结合, 把握相关构件与建筑整体比例以及尺度的协调性, 进而能够满足协调统一, 完成城市高层建筑风能利用设计。

2.2 城市高层建筑与风能利用相融合的发展方向

城市建筑物表皮的材料不断创新是建筑节能设计的最有效、最直接的方式。高层建筑的表皮是风能容易收集的关键部位。风能利用与建筑表皮融合的材料创新涵盖双层建筑外表皮的围护结构层、室内通风、采光及城市环境绿化技术。双层建筑外表皮的围护结构层主要通过相应的调整使得最外层能够保证建筑室内的空间获得正常的通风以及采光条件, 进而提高室内居住的舒适度, 此时也能降低建筑物能源消耗, 同时也不同程度上化解了自然采光与风能利用之间的矛盾。虽然建筑表皮双层结构具有较好的效果, 但是从其建筑用材上来看不十分环保, 性价比较低。风能发电设备的不断创新为风能与建筑表皮结合和应用提供了有利条件, 可以选择在屋顶、建筑外墙等位置进行两者的结合。建筑的屋顶可以将其作为一个安装平台, 在上面安装必要的设施以保证风能利用设备具备有力的支撑。建筑外墙具有得天独厚的优势, 其结构形式和承载能力, 在设备支撑方面无疑是最合适的位置, 但是, 在外墙上安装技术要求相对较高, 要保证设备的正常使用, 同时也要确保人们在安全方面不受其影响。室内通风及采光的利用是通过建筑物内外相互连通, 保证室内的自然通风, 同时综合考虑室内太阳照射程度, 为环境建设与资源节约提供重要平台。城市环境绿化技术综合考虑到城市的环境绿化, 引入绿化植物、人文生态等因素。利用植物蒸发, 降低建筑的外层温度, 达到降低能耗的良好效果。向着低碳经济的方向发展, 建筑表皮与风能利用的融合也体现了人类与大自然的和谐共处的需求, 绿色环保的节能设计将是建筑行业未来发展的主要趋势。

3 总结与建议

城市高层建筑的聚集和分散是城市空间形态中较为主动的力量, 引导着城市三维形态特征的演变。高层建筑形体的优化设计要担负其整个城市建筑的功能布局、配套设施、城市交通以及积极的空间形态的有效控制和引导。城市高层建筑的规划布局与配套实施的科学搭配, 注重高层建筑顶部造型的规划设计, 控制高层建筑的细部设计与规划。高层建筑与风能二者融合有效的实现了城市外在形象的展示与资源的实践共享, 全面的推动了城市的综合发展。

摘要：从整体布局优化、细部造型优化两个层面对高层建筑的形态优化进行了重点探究, 深入分析了高层建筑的风能利用的重点环节, 研究结果可为城市环境的规划设计提供重要理论参考。

关键词：高层建筑,形态优化,风能利用

参考文献

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[3]徐本营.城市中心区高层建筑布局实证研究及动力机制分析[D].重庆:重庆大学, 2012.

[4]冒亚龙.高层建筑美学价值研究[D].重庆:重庆大学, 2006.

风能的利用 第7篇

风能的利用,在全球有着悠久的历史。由于近年来世界范围内的能源危机,风能的利用再度引起了人们的注意。风能资源是一种可再生的清洁能源,具有巨大的开发潜力。据世界气象组织估计,整个地球上可以利用的风能为2×107MW,为地球上可以利用的水能总量的10倍[1]。我国幅员辽阔,气象条件复杂多样,蕴藏的风力资源非常丰富,主要分布在2大风带:一是“三北地区”(东北、华北北部和西北地区);二是东部沿海陆地、岛屿及近岸海域。据统计陆地加近海有15亿kW以上的风力资源。其中,陆地10m以内风力资源为2.53亿kW,陆上杆塔高度100m内可利用风能则高达7亿kW[2]。海上可开发利用的风能约7.5亿kW,我国风能资源开发前景广阔[3]。

在能源危机和环境污染的双重压力下,太阳能作为一种取之不尽且无污染的能源,已成为当前国际能源开发利用领域中的新热点。近年来,我国应用太阳能供热水和采暖发展迅速,节能效果明显。在建筑物的能耗结构中,有2/3的能源用于建筑采暖制冷和热水供应[4]。利用太阳能采暖、供热水,使其与建筑节能相结合,可以降低建筑物能源消耗,减少环境污染,是建筑节能的一个重要途径。

2 新能源的利用

2.1 风能的利用

风能的利用形式多样,可转化成机械能、电能、热能等。自古以来人们就以种种不同的方式利用风能,如风帆行船、风磨、风力提水以及风力发电等等。现在风力发电进入了成熟阶段并被广泛的应用,风能致热技术还处在萌芽阶段,是近年来才发展起来的一种高效率利用风能的新技术。风力致热的研究不多,国外有关风力致热的较详细原理及技术报道也较少。风力致热是将风力机输出轴的机械能转换为热能。通常风力机提水时的效率只有16%左右,发电时的转换效率为30%,而致热时的转换效率高者超过40%[5]。另外,风力致热装置结构比较简单,且容易满足风力机对负荷的最佳匹配要求,风力致热机组造价仅为风力发电机组的一半[6]。所以,风力致热技术应用于生活采暖及农业生产等,具有广阔的发展前景。

把风能直接转换成热能的装置称为风力致热器。风力致热器分为2大类:一类是风能直接转换为热能的直接致热式。另一种是风能转换为电能(或其它能量),再转换为热能的间接致热式[7]。目前风力致热的方式主要包括液压式致热,压缩空气致热,固体摩擦致热,搅拌液体致热,涡电流致热,电热致热,太阳能———风能联合致热。

2.2 太阳能的利用

太阳光能转换成热能是太阳能利用的基本方式,可广泛应用于建筑物的采暖、热水供应和太阳房等。目前太阳能主要的应用方式有太阳能热水、太阳能采暖和太阳房。

2.2.1 太阳能热水

太阳能热水系统的工作原理是集热器将采集的能量经过光热转换生产出热水后经循环管道送入蓄热水箱,凉水经循环(强制循环用泵)送入集热器,水箱内热水可供用户使用。

2.2.2 太阳能采暖

太阳能采暖系统也属于太阳能热水系统,它由两部分组成,集热回路部分和采暖回路部分。集热器和蓄热水箱组成太阳能采暖系统的集热回路,整个集热回路与太阳能供热水系统的集热回路是相同的。在需要采暖的日子里,给室内的散热器设置一定的温度,由蓄热水箱作为热源给散热器提供所需的热量,当蓄热水箱的热量不能满足负荷要求时,电磁阀切断蓄热水箱与系统的联系,由辅助热源供暖。

2.2.3 太阳房

太阳房是利用太阳能采暖和降温的房子,可以分为被动式太阳房和主动式太阳房。太阳房既可采暖,也可降温,最简便的一种太阳房叫被动式太阳房,建造容易,不需要安装特殊的动力设备。使用方便舒适的另一种太阳房叫主动式太阳房。

被动式太阳房主要根据当地气候条件,把房屋建造成能尽量利用太阳的直接辐射能,它不需要安装复杂的太阳能集热器,更不需要循环动力设备,完全依靠建筑结构造成的吸热、隔热、保温、通风等特性,来达到冬暖夏凉的目的。主动式太阳房一般由集热器、传热流体、蓄热器、控制系统及适当的辅助能源系统构成。利用这套系统可以接收、转换和传输太阳能,满足建筑物的采暖要求。它需要热交换器、水泵和风机等设备,电源也是不可缺少的,因此这种太阳房的造价较高,但是室温能主动控制,使用也很方便。

3 新能源应用实例分析

3.1 太阳能利用实例及存在问题

上海某高校新校学生公寓分为南苑公寓和北苑公寓,南苑学生公寓总用地面积25 230m2,总建筑面积30 997m2,由7幢6层建筑组成。公寓总套数802套,可供3 202名本科生住宿。北苑一期学生公寓由23栋本科生楼和6栋硕士生楼组成,可满足9340名本科生,2 376名硕士生的入住。现在研究生学生公寓装设了太阳能热水系统,可供给学生洗浴用热水。当太阳光照充足时系统所需热量全部由太阳能集热器提供;当太阳能集热器提供的热量不能满足需求时则需要开启电加热器进行辅助加热。太阳能热水系统利用了可再生、无污染的太阳能,减少了洗浴用热水的能耗,实现了节能减排。然而太阳能热水系统受气候条件影响较大,在阴雨天气和夜晚时所需能量基本全部由电加热器提供,消耗大量的电能。冬季是热水需求的高峰期,太阳能系统也很难满足学生对热水的需求。

3.2 风能太阳能联合系统

如上所述,学生公寓太阳能热水系统存在着不足之处,并且冬季时学生公寓需要室内取暖和洗浴用热水等,热能需求量较大,而夏季只需少量洗浴热水,热能需求量较少,相反需要将室内热量排出室外,降低室内温度。由于学生公寓建筑特点的限制,不能采用“太阳房”的形式来采暖和降温。为了解决学生公寓太阳能热水系统的不足,并且满足冬季和夏季的不同需求,并且考虑到高校位于临港新城,临近上海市东海大桥100 MW风电场,风力资源丰富,所以设计以下风能太阳能联合利用系统。该系统不仅可以利用太阳能致热,而且还可以利用风能致热和致冷,联合利用太阳能和风能,充分利用可再生能源以满足学生公寓夏季和冬季的不同需求以达到节能减排的目的该系统的原理图如图1所示。

1.风力机2.风机塔架3.压缩机4、11.换向阀5、6、9、10、14、16、18、19.三通转换阀7.太阳能集热器8.风冷器12.膨胀阀13、15.换热器17.各宿舍换热器20.热水箱21.洗浴喷头22、23、24.水泵

该系统的工况可以分为:冬季工况和夏季工况。系统的压缩机可以由风力机或电动机驱动,风力充足时由风力机单独驱动;风力不能满足系统需求时可以由电动机辅助驱动;无风时则由电动机独立驱动。热水箱也安装有辅助电热设备,以备系统供热量不足时用来加热热水。换向阀和三通转换阀用来完成系统两种工况间的转换。

3.3 冬季工况

3.3.1 冬季工况原理

冬季工况时,操作各换向阀和三通转换阀,使得各阀的状态如下。换向阀4和换向阀11都在左位,三通转换阀5使管a和管b相通,三通转换阀6使管b和管d相通,三通转换阀9使管f和管g相通,三通转换阀10使管g和管j相通,三通转换阀14使管k和管m相通,三通转换阀16使管n和管o相通,三通转换阀18使管p和管q相通,三通转换阀19使管r和管s相通,这样系统冬季工况的原理图如图2所示。

1.风力机2.风机塔架3.压缩机7.太阳能集热器12.膨胀阀13、15.换热器17.各宿舍换热器20.热水箱21.洗浴喷头22、23、24.水泵

3.3.2 冬季工况工作过程

制热循环中的工质经过太阳能集热器7时,吸收太阳能受热蒸发汽化,然后进入由风力机驱动的压缩机3内,进行压缩升温。压缩后的工质气体输入到换热器15中,在这里将水加热而工质被冷却,然后工质进入换热器13被进一步冷却,冷凝液化,放出的热量被换热器中循环的水吸收。液化了的工质则通过膨胀阀12减压后又返回到太阳能集热器中去,这样反复循环,便可从外界太阳能和风能中获得能量;在换热器15中获得热量被加热的水则可储存在热水箱中以供洗浴用;在换热器13中获得热量被加热的水则被送往各宿舍,在各宿舍的换热器中进行冷却同时加热了宿舍的空气,使室温升高,被冷却的水再返回换热器13中,如此进行循环。

3.4 夏季工况

夏季工况时,操作各换向阀和三通转换阀,使得各阀的状态如下。

3.4.1 夏季工况原理

换向阀4和换向阀11都在右位,三通转换阀5使管a和管c相通,三通转换阀6使管e和管d相通,三通转换阀9使管f和管h相通,三通转换阀10使管i和管j相通,三通转换阀14使管k和管l相通,三通转换阀16使管l和管o相通,三通转换阀18使管e和管q相通,三通转换阀19使管h和管s相通,这样系统夏季工况就变为两个相互独立的系统,其原理图如图3所示,

1.风力机2.风机塔架3.压缩机7.太阳能集热器8.风冷器12.膨胀阀13.换热器17.各宿舍换热器20.热水箱21.洗浴喷头22、23、24.水泵

3.4.2 夏季工况工作过程

(1)制冷系统。制冷循环中的工质由换热器13经管道进入由风力机驱动的压缩机3内,进行压缩升温。压缩后高温高压的工质气体进入空气冷却器8中进行冷却变成液态,液态工质再经膨胀阀12节流降压后进入换热器13,在这里工质气化吸热,带走冷却水的热量,然后再次进入压缩机进行循环;流经换热器的冷却水放出热量降温后再流入各宿舍的换热器吸收宿舍内的热量,使宿舍内的空气温度降低,然后水再流入换热器13进行循环。

(2)太阳能系统。太阳能系统已经独立出来单独加热水,以供夏季洗浴之用。通过分析可看出,此系统在冬季工况可以产生较多的热量来满足冬季宿舍取暖和洗浴热水的需求;夏季工况则可以兼顾宿舍降温和洗浴热水之需。

4 结语

本文所谈的风能太阳能联合利用系统只是一种设想,要去实现的话还是有很多困难的。如要解决系统的自动控制问题,系统中要控制的参数较多,如何选择合适的控制方法以使系统的运行达到最佳循环工质的选取问题,需要寻找一种既能满足夏季工况又能满足冬季工况的循环工质;风力机与系统的功率匹配问题,需要计算出系统所需的能量输入,查阅相关气象资料,选择合适的风力机等。

近年来,能源供需矛盾日益加剧以及传统化石能源带来的环境污染压力已严重阻碍了经济的发展,世界各国都开始重视开发与利用可持续发展的新能源和可再生能源。风能和太阳能是目前最具开发利用前景和技术较为成熟的新能源和可再生能源,利用的经济性随着技术的改进在不断提高。我国的风能和太阳能资源蕴藏丰富,可供开发的很多。而且我国内蒙古、新疆等较偏远地区风能和太阳能资源较为丰富,这些地区能源的最终使用方式主要是热能,如采暖、加热、保温、烘干、家禽饲养及蔬菜大棚等,使用风力致热最为有利、便捷。本文所提出的风能太阳能联合利用设想方案非常适合这些地区的生活采暖和夏季降温之用,既可解决偏远地区电力输送困难且损耗大的问题,又充分利用了当地丰富的风能和太阳能等可再生能源,起到了节能减排,保护环境的作用。因此,进一步投入研发力量,加快这方面的研究,对缓解我国能源压力,减轻环境污染提高生产生活质量具有重要的意义

摘要：开发风能和太阳能用于生活供暖、农业生产等,对缓解我国能源压力,减轻环境污染具有重要的意义。介绍了风能和太阳能的利用,并以某高校学生公寓太阳能热水系统为例指出了其不足之处,并针对这一问题提出了在学生公寓中综合利用风能太阳能的一种方式,介绍了其在冬季和夏季两种工况时的工作过程。

关键词：风能,太阳能,综合利用

参考文献

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[4]王举成,谭兴霞.太阳能在建筑中的应用[J].山西建筑,2009,35(2):239~240.

[5]李华山,冯晓东,刘通.我国风力致热技术研究进展[J].太阳能,2008(9):37~40.

[6]王士荣,吴书远,武刚.液压式风力致热与蓄热装置[J].可再生能源,2002(4):29~31.

风能的利用 第8篇

对于节能住宅的设计而言, 对可再生能源自然能源的利用可谓是最具意义的。其优越的节能减排效果, 使建筑最大限度地避免了对地球环境的破坏。根据我国的气候特征及住宅的特性, 住宅建筑可以在风能、太阳能、地热能等可再生能源方面加以利用。其中, 对风能及太阳能的利用是其中非常重要的一环。

随着社会、科技的进步, 人类对自然能源的利用技术日益成熟, 现代科技不仅能把风能转换电能、空气压缩能, 还实现直接转换为热能, 高效利用应用于日常生活中。空气能热水产生设备, 因其只需要相当于电热水器的1/4、燃气热水器的1/3的使用成本的优越性令其迅速占领了热水器市场。相当于1/5电热水器、1/6煤气热水器、2/3普通太阳能热水器的耗能, 令空气能热水器对环保事业做出了巨大的贡献。由于它的能效比与空气源的温度有关, 应因地制宜的分析场地的自然环境情况做出选择, 以发挥其最大效益, 这是设计时需要考虑的要点。

作为自古以来传统民居设计的重点自然通风设计, 现代社会的高科技又赋予它新的设计理念。自然通风的目的是在夏季夜晚和过度季节等室外温度宜人的条件下, 通过各种技术措施将自然风引入室内, 并组织好室内空气的流通, 为室内提供温、湿度适宜的舒适环境, 并为居住空间提供高质量的新鲜空气, 保证居住者的身体健康。其设计手法多种多样, 以下将具体分析各种技术措施的节能效果及设计的注意点。

1 加强室内各室通风效果的措施

住宅的平面布置对通风路径影响重大。纵观我国各民族的传统民居, 穿堂风的设计是获得舒适的室内风环境的重要手段。计算机模拟显示, 客厅、餐厅、厨房等共用空间的南北贯通设计, 各居室、书房等私密性用房出入口的对称布置, 利用交通面积形成有效通风槽等设计手法, 是组织穿堂风的有效手段, 对改善自然通风效果明显[1]。另外, 据研究室内每小时的换气次数是随着房间维护结构开放程度的增大而增大的。设计可通过门下留缝、门上设楣窗、可移动内墙等逐渐加大通风口面积的手段来加减小通风阻碍, 加强各居室的通风效果。

通风路径的确保在住宅设计中是实现自然通风的基础。尽量减小通风阻碍以获取良好自然通风效果的手法, 常常会与居住建筑的平面使用功能、私密性设计产生矛盾, 如何协调、平衡它们之间的关系进行设计, 是实现健康舒适居住空间的设计要点。

2 直接获取自然风的技术措施

根据场地风环境情况, 合理布局平面, 根据夏季及过度季节的主导风向, 调整建筑物的朝向, 使开口位置尽可能的直接扑捉到自然风。模拟证明, 建筑物在与主导风向有一定角度时, 建筑迎风与背风面的风压压差会增大, 室内的自然通风效果就越好[2]。由于每个场地的地貌、周围环境不同, 使每个项目的建筑所处的室外风环境差异巨大。设计切忌生搬硬套, 一定要因地制宜的仔细分析所处场地的风环境状况, 运用计算机模拟配合设计, 确定最优自然通风的朝向与建筑群体的排布形式是设计的要点。根据经验, 在室内各居室通风良好的条件下, 此项技术措施将可能给节能设计带来10%左右的贡献预期。

3 间接获取自然风的技术措施

研究表明, 垂直导风板的设置, 可以将平行建筑物窗面的气流引入室内, 加强通风效果。如图1所示:

设计可采取结合立面设置导风墙、利用平开门、窗扇做导风板的形式进行设计。在别墅设计中还可以结合景观设计设置合适的植栽起到诱导风向, 将自然风引入室内加强自然通风效果的作用。导风板设置的位置及其与风向的夹角与引入室内的风量有着直接的关系[3], 设计时结合场地风环境的实际情况, 利用计算机模拟配合设计的手段来确定最佳自然通风效果的方案。根据经验, 在室内各居室通风良好的条件下, 此项技术措施将可能给节能设计再带来10%左右的贡献预期。

4 利用坡屋面加强通风的技术措施

在别墅设计中, 还可以在坡屋顶设置天窗, 利用外墙面与坡屋顶的风压差, 形成对流加强自然通风效果。如图2所示。

坡屋顶的坡度与风压大小有关, 当坡屋面的坡度小于19°时, 坡屋顶的风压就会变为负值, 可组织由外窗流入天窗流出气流, 进而加强自然通风效果。设计的关键点是合理坡度的坡屋顶的确定。本项技术虽然自身节能效果不是很明显, 但结合利用温差加强自然通风效果措施后, 会使节能效果显著提高。

5 温差加强自然通风的技术措施

众所周知, 气流都是由低温向高温方向流动的。利用这一原理, 在别墅设计中, 可利用室内外温差组织气流, 形成良好的自然通风效果。我们可在屋顶设置天窗, 在太阳辐射下, 天窗顶部空气的温度就会升高, 而在建筑室内, 阴凉的环境使得空气室内温度低于室外温度。它们之间的温差, 即使是在无风的条件下, 也会形成由下向上的气流, 加强了自然通风效果。结合适宜坡度的坡屋面设计, 其在室内各居室通风良好的条件下, 将可能给节能设计带来10%左右的贡献预期。

6 结论

综合采用了以上各项技术措施的, 一个成功优秀的设计将在不增加建筑成本的条件下, 其创造的具有良好风环境的居住空间, 能最大限度的利用自然能源中的风能, 以改善建筑物室内通风效果, 达成会减少空调负荷的30%预期。

参考文献

[1]郭飞, 王时原.上海高层住宅自然通风节能设计研究[R].建筑学报, 2008-11:46-49.

[2]陈念祖, 江哲鈱, 周伯丞, 林沂品, 陈正玲.垂直导风板对室内自然通风效果影响之研究.中华民国建筑学会第十七届第二次建筑研究成果[C].发表会论文集, 2005-11-26.

风能的特点 第9篇

风能是由地球表面大量空气流动所产生的动能, 其特点包括: (1) 蕴量巨大。据估算, 到达地球的太阳能中虽仅有约2%转化为风能, 但其总量十分可观, 全球风能约为2.74109MW, 其中可利用的风能约为2107 MW, 比地球上可开发利用的水能总量要大10倍。全世界每年燃烧煤炭得到的能量, 还不到风力在同一时间内提供给地球能量的1%。 (2) 来源丰富, 取之不尽, 用之不竭。风是周而复始的自然循环造成的, 在地球上分布广泛。 (3) 没有污染, 清洁无害。风能本身属清洁能源, 目前成熟的风能利用和转化技术也环保无污染。 (4) 风能密度低。由于风能来源于空气的流动, 空气密度小, 导致风能量密度较低。 (5) 不稳定。气流变化频繁, 风的脉动、日变化、季节变化等都十分明显, 波动很大, 具有季节性、随机性等特点。 (6) 地区差异大。因地形变化, 风力的地区差异非常明显, 邻近区域, 有利地形下的风力, 可能是不利地形下的几倍甚至几十倍。

风能在汽车制动方面应用的专利分析 第10篇

在汽车风能辅助制动领域，截至2011年12月31日，已公开的国内外相关专利申请共324件，其中中国的专利申请为54件，国外的专利申请为270件。十年来，中国的专利申请量总体呈逐步增长态势。其中2000年之前的申请量很少，之后，该领域专利申请的数量逐年缓慢上升；而国外的专利申请在上世纪90年代前，数量也只占总申请量的37%，2000年后，专利申请的数量才逐年增加。这说明近十年来，随着传统能源蕴藏量的逐渐减少，清洁可再生能源成为能源主力军已成大势，作为取之不尽用之不竭且在汽车行驶中必然会产生的风能的利用逐渐被人们所重视，该领域的专利布局在我国也呈逐渐加强趋势。

国内申请人近十年来在该领域的申请量不断增加，尤其是2006年至2010年，申请量较之前有了明显增长，说明近几年国内在汽车风能辅助制动领域的研发力度及成果的专利转化率均有所增加。

从区域分布来看，华北与华中地区的申请量排在前两位，其总和约占总申请量的一半。这一方面反映出华北及华中地区在汽车风能辅助制动领域具有很强的技术实力，且均有规模风力资源以及大型汽车生产企业，有雄厚的经济实力；另一方面也反映出上述两地区重视知识产权保护，能够有意识地通过申请专利完成各自在国内市场上的产业战略部署，以期在市场成熟时对国内市场形成巨大控制力。而在经济以及技术上相对落后的西北地区，虽然当地风能资源丰富，但申请量还有待提高。

作为汽车生产大国的日本、德国、美国和韩国的申请量排在国际专利申请的前四位，这四个国家的总申请量占国外申请总量的一半以上。其中，日本以发达的汽车工业及对环境和能源的高度重视排在申请量首位，且其在风能利用其他方面的专利申请量的排名也很高，说明该国已经就风能展开了全面的利用与开发，这是值得国内企业及申请人学习的地方，同时也提醒了国内申请人在申请相关专利时的重点检索方向。

由于国内多是由个人作为申请主体，从而导致了在该领域中存在一些技术含量相对较低的专利申请，不利于复杂技术的开发及成果的市场转化。而随着近年专利申请量的上升以及汽车企业申请量的增多，该情况有所好转，可见该技术领域在国内已逐渐受到重视，这对于技术突破以及专利市场化均起到了极大推动作用。在国际专利申请方面，随着更多知名汽车企业对于该领域的研发与投入，势必也会带动该领域专利申请数量的进一步提升。

在国内申请人的专利申请中，发明专利与实用新型各占一半。而在申请的主要技术点方面，挡风板和挡风风翼的结构及装配占总申请量的80%以上，且主要为涉及挡风板及挡风风翼的形状和具体方式、挡风板及挡风风翼的安装位置和装配手段，目的是提高机动车制动时汽车对路面的压力和摩擦力以及制动过程中的阻力，以增加机动车的制动性能为发明点；另外还有一些专利申请集中在空气对机动车固有制动结构的作用改进上，这与国际上专利申请风向标基本一致。此外，该研究方向也是国内申请人及研究机构最有可能出成果的方向。

涉及挡风板和挡风风翼的结构以及装配的申请一直在国内专利申请中占据主流地位，其长期趋势也一直大于其他技术分支。虽然在2005年和2007年有小幅回落，但之后就呈现持续增加态势，其中2008年和2010年的增幅尤其显著，这可能与北京奥运会后国内更加提倡机动车节能环保的概念有关。2010年，该领域出现了更多与节能环保车辆相关的申请，申请重点也部分转移到空气动力以及空气阻力对于制动系统本身作用上。当前，国内申请人开始注重在汽车风能辅助制动领域的多个技术方向上进行发展，以后可能涉及到更多的发明点以及更广的范围。

国外的专利申请发展方向与国内基本一致，只是国外企业对专利的认知程度和技术水平相对较国内企业及个人更高，专利地图的部署相对国内企业更早且更加成熟，更具针对性和方向性。

由于汽车风能辅助制动领域的技术发展时间不长，专利申请总量并不多，技术聚合方向和主要发展趋势也不明显，因此该领域尚处待发展阶段，国内相关企业及个人应抓住机遇，在技术创新上有所作为。具体建议如下：

一要加快部署专利地图。国内申请人中大部分是个人，知名汽车企业相对较少。国际汽车巨头和国外申请人掌握着该领域的核心技术，但又不太重视中国专利市场，对于专利地图的部署还远远不够。面对该种形势，国内企业尤其是有实力的规模企业应抢抓先机，布局国内。

二要加强产学研合作。目前，国内大专院校、科研院所对该领域的重视程度不够，导致该领域的核心技术研发进程相对缓慢。现阶段应充分加强产学研合作，充分发挥各自优势，提高核心竞争力。

三要加强专利指导。从申请人来看，国内知名企业的申请量还远远不够，个人专利申请的质量与大型企业之间相比还存在明显差距。因此，国家相关部门应在专利保护上对重点企业进行具体指导服务，尤其是在企业的技术研发过程中要加强专利风险防范和预警，鼓励其在国内外进行有效专利布局。

风能密度增加装置的设计及应用 第11篇

1 设计方案

1.1 装置概况

机械部分结构示意图见图1,模型图见图2。整个装置通过钢绳连接在牵引点上,并通过支柱使钢丝的牵引力始终平行于风速增加管的轴线,使系统受力平衡;“田”字状支撑架用来连接牵引钢丝和风速增加管,同时承受钢丝绳产生的指向风速增加管轴线的力;采用过渡圆弧将风速增加管与尾管连接起来,风机安装在尾管中;尾管、风速增加管及支柱安装在可移动平台上;可移动平台下面装有万向轮,可以绕牵引点转动。

风速增加管采用钢丝编织成网,再涂上气密性好的柔性材料(如橡胶),既适应风向的频繁变化,也有利于提高其使用寿命。风速增加管锥角与其阻力大小和风速的增加倍率密切相关,锥角的初步选取借助于喷管的设计经验,取40°,最终可以通过计算求得最佳锥角。

1牵引;2支;3牵引钢丝;4“田”字状支撑架;5风速增加管;6尾管;7尾管支撑架;8可移动平台

1.2 方向控制

装置的可移动平台可以绕牵引点旋转,当风向不垂直进风口平面时,就会产生一个转矩,整个装置通过可移动平台绕牵引点自动向最佳方位转动,使两者相互垂直。但此装置具有自动调向功能。

2 理论计算

设计风机功率为5 MW(模型制作时,世界上单机容量最大的风机[3],直径d=126 m,达到设计功率时风速v=8.54 m/s),模型以该风机为原型,按照1∶210的比例制作,进风口直径d1=0.6 m,出风口直径d2=0.3 m,管长为l=0.369 m,锥角θ=40°。装置中钢丝的牵引力等于风对风速增加管的作用力F。

2.1 钢丝的牵引力计算

根据流动特点,风在风速增加管内的流动可以看作一维定常管流,取进口截面A1和一个出口截面A2之间的流体作为控制体,在A1和A2处速度分别为v1和v2,v1取8.54 m/s。

利用流体力学中的动量方程[4]

将式(2)代入式(1)得

即正常使用时钢丝只承受约21 k N的拉力。

2.2 风能损失计算

2.2.1 理论依据

将喷管中气体流动过程视为不可压缩的一维等熵定常流动,则可等价于气体从很大的容器中经过收缩喷管流出(见图3)。实际应用中可忽略气体温度的变化,即T2=T1。

由质量守恒方程

且有ρv A=常数。

又由动量方程dp/ρ+vdv=0和音速定义a2=dp/ρ可得

将式(4)代入式(3)得

由一维定常流动的能量方程h+v2/2=常数,等熵方程p/pk=p0/p0k和完全气体状态方程p/ρ=RT可得

因为实际应用中入口初速约为8.54 m/s左右,预期加速倍率约为3~4倍。故可近似的认为马赫数M0.1,又根据式(5),式(6),式(7),可近似认为p=p0,ρ=ρ0,v A=常数,即压强、密度恒定。

2.2.2 损失计算

喷管中风能损失,分为管壁摩擦引起的沿程损失和管道截面变化引起的局部损失两部分。

1)沿程损失。取长度为dl的管长,则由微分法得[5]

式中,λ为dl微段的沿程阻力系数,无因次量;r为距入口l处喷嘴断面的半径,m;r2为喷嘴出口断面半径,m;v为距入口l处断面上平均流速,m/s;g为重力加速度。

由于λ随r的变化而变化,为了简化计算,取λ=(λ1+λ2)/2(式中λ1和λ2分别为进、出口处沿程水头损失系数)。对上述微分方程从r1到r2积分为

根据尼古拉兹试验结果,沿程阻力系数λ可按照尼古拉兹公式λ=1/[21g(3.7d/Δ)]2来计算,式中,Δ为喷嘴材料的当量粗糙度,对于塑料、橡胶等材料的喷嘴,Δ取0.02 mm[6],代人数值得到hf=0.34 m。

2)局部损失:局部阻力系数为

式中,ε=-0.4(d22/d12)+0.5[7]。系数k与θ的关系[8]见第84页表1,代入数值得

ζ=0.455,

hw=hj+hf=2.03 m。

风能损失(能量以单位时间计,下同):

E0=hwρgv A=hwρg v1A1=61.94 J,

式中,E0为损失的能量。

由风能计算公式为

风速增加管出口处能量:E2=ρA2v23/2=1 816.5 J。

风能损失率:δ=E0/E2100%=3.41%。

将表1中角度经迭代计算,锥角为40°左右时,可使风能损失总量降到最低。

2.3 风能密度增加倍率及风能计算

由风能密度计算公式为

忽略一切损失,也不考虑风速增加管对风力场造成的影响时可得W2=64W1。

由式(11)求得进出口处风的动能分别为

E2=ρA2v23/2=1 816.5 J,

E1=ρA1v13/2=113.5 J,

故E2=16E1.

2.4 计算结果分析

由以上计算可知,经过风速增加管后,由于部分压力能转化为动能,使得风的动能大幅度增加;沿程损失和局部损失造成的风能损失相对于出风口风的动能很小,约为3.41%,且局部损失占大部分。

3 实验与结果分析

该实验利用工业电风扇产生风,将模型置于风力场中(风扇距离装置的距离适当),并采用风速仪测量进风口和出风口的风速,测量点分布见图4。由于测点较多,分布较均匀,近似以每个测点的速度代替以测点为中心的一定区域的平均速度,测量结果见表2和表3。计算进出风口的平均速度,进而计算风能密度及风的总动能。

根据表1和表2求平均值得

v1=3.1 m/s,v2=5.9 m/s,v2/v1=1.9.

由式(12)求得进出口的风能密度为

W1=ρv13/2=19.2 J/m2,

W2=ρv23/2=132.5 J/m2,

W2/W1=6.9.

由式(11)求得进出口处风的动能为

E1=ρA1v13/2=5.43 J,

E2=ρA2v23/2=9.45 J,

E2/E1=1.74.

由以上试验数据计算可知,出风口处与进风口处相比,风速变为1.9倍,风能密度变为6.9倍,总动能变为1.74倍。

由试验结果可知,此装置虽然是以流体力学中的喷管原理及连续性方程为依据制作,理论上出口处风速将变为进口处的4倍;风能密度变为64倍;总动能变为16倍。但实验与理论计算还是有一定差距,这是因为风通过此装置时的流动与流体在管道中流动有较大的差异,原理相同而流动情况并不完全相同。

4 结束语

根据测试结果,假设风机能将流过它的风能100%利用,在风机直径为0.6 m,风速为3.1 m/s时,风能为5.43 J;而采用本文装置,将风机直径缩小一半,能提高风能9.45 J,从而实现小直径风机、较高能量密度的风能进行大规模风力发电的目的。因此,该装置能减小风机直径,从而降低成本,增加风能密度,获取更多的能量,具有广阔的应用前景,良好的社会与经济效益。

摘要：介绍了流体力学的基本原理,研制了一种收缩喷管状的“风能密度增加装置”;使风吹到风机叶片之前在风速增加管中进行加速,从而增加风能密度。试验结果表明,出风口处风速是进风口的1.9倍,风能密度提高6.9倍,总动能变为1.74倍;动能的增加量是由于进风口处的部分压力能转化为出风口处的动能;由于风机的单机容量与风能密度成正比,因此该装置可以成倍的提高风机的单机容量。

关键词：风速增加管,风能密度,收缩喷管,单机容量

参考文献

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