我国目前的能源形势大体为“能源资源方面,石油对外依存度达到70%以上,油气勘探开发、新能源技术发展不足”。扩展风速的利用范围,是充分开发可再生无碳绿色替代能源(renewable without carbon green alternative energy)的思路之一[1-4]。在低风速端,降低风机叶片的机械转动惯量,增大叶片的面积,优化设计叶片几何形状等[1-3],都是可能的思路。
但是,从理论上讲,风机出力(发电机发出的有功功率)是“风速的立方”。低风速端的风能毕竟有限。因此,高风速端风能具有更大的能量,其利用更值得重视。一般水平轴风机的风速利用范围大体在3~25米。当大风(烈风、狂风、暴风、台风或飓风)来临时,常规的风机一般不再发电。
在大风(烈风、狂风、暴风、台风或飓风等)来临时,利用风能的可能思路有:
(1)利用大风直接风力发电,如日本工程师清水淳(Atsushi Shimizu);
(2)利用大风直接风力发电,并网以外的电能进行抽水蓄能[5];
(3)利用大风引起的海浪(潮汐[6]、风暴潮[6,7]等),自动蓄水储能。用于类似潮汐的发电[8];用于抽水蓄能“下水库”之一(另一个也可以是大海)。当风速超过 25 m/s 时,海面一般浪高超过 9 m。[9,10]
我国东南沿海海域有不少近海岛屿。该区域可再生能源的利用,包括通过区域k近邻等提高未来的风速预报,低风速风机的研发[1-4],大风能量的使用。大风、台风时期,除了研制台风风力发电之外,还应结合近海岛屿,探索近海海岛通过海浪(潮汐、风暴潮等)进行分布式自动蓄水的可能性。该海域的年蒸发量约为1.5m,年降水量约为0.8m[11,12],年蓄水损失约为0.7m,因此海水蓄水具有跨季度储能的可能性。
台风在某地的时间一般在一天上下,这个时间外就没有强大的风能了。所以,台风期间的储能,如利用台风的风力发电进行抽水蓄能、直接利用大浪储能是一些值得研究的课题。
过去认为“风暴潮、巨浪、潮汐”往往属于灾害现象,现在要“变害为利、变废为宝”,探索这些“不请自来”的不速之客携带能量的分布式储能与利用。如抽水蓄能的间接利用,类似潮汐发电方式的利用。
参考资料:
[1] 杨正瓴,2020-10-14,发展我国东南沿海风电的一些可能的建议[EB/OL]. 中国科学院科学智慧火花
https://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=76038
[2] 杨正瓴,2019-12-13,低风速风机:“变形”叶片[EB/OL]. 中国科学院科学智慧火花
https://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=72032
[3] Z. Yang, H. Wang, and S. Lian, et al. Confidence intervals of six distance indices estimated by numerical simulations [C]. in Proceedings of the 40th Chinese Control Conference, 2021: 5905–5910.
https://hfbix45521e79b0484907sq99c65nfpnwu65fufiiz.eds.tju.edu.cn/document/9549775
https://cpfd.cnki.com.cn/Article/CPFDTOTAL-KZLL202107011003.htm
[4] 杨正瓴,2021-08-15,高空机翼风筝发电设想[EB/OL]. 中国科学院科学智慧火花
https://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=78675
[5] 抽水蓄能电站 pumped storage power station. 中国大百科全书,(第二版)[M]. 北京: 中国大百科全书出版社,2009.
[6] 刘俊. 关注风暴潮巨浪潮汐[M]. 北京: 军事科学出版社, 2011-06.
[7] 风暴潮 storm surge. 中国大百科全书,34,大气科学、海洋科学、水文科学[M]. 北京: 中国大百科全书出版社,1987.
[8] 潮汐电站 tidal power station. 中国大百科全书,(第二版)[M]. 北京: 中国大百科全书出版社,2009.
[9] 陕西省电力公司组编. 供电企业职业技能操作导则 高压线路带电检修[M]. 北京: 机械工业出版社, 2003-01.
[10] 刘荣厚. 新能源工程[M].(全国高等农业院校教材). 北京: 中国农业出版社, 2006-01.
[11] 刘伉, 毛汉英, 王守春. 世界自然地理手册[M]. 北京: 知识出版社, 1984-09.
[12] 海面蒸发 sea surface evaporation. 中国大百科全书,34,大气科学、海洋科学、水文科学[M]. 北京: 中国大百科全书出版社,1987.