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主题:【原创】四面楚歌之中国篇 未来世界之新格局之一 -- 井底望天

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    • 家园 【原创】四面楚歌之中国篇 未来世界之新格局之六

      不过这个风能状况,并没有概括中国的海上风能资源。

      中国的大片风能资源在三北(东北,华北,西北),就是在黑龙江,吉林,辽宁,内蒙,甘肃,青海,新疆和西藏一线大概是200公里宽的风带,风功率密度每平方米设计200-300瓦,高的到了500瓦,搞好了可以弄出2亿千瓦出来。而其他内陆的地方,比如说江西的鄱阳湖附近,安徽的黄山,河南的嵩山,山西的五台山,湖北的九宫山,湖南的衡山,和云南的太华山等地,都有比较强的小面积风能可以开发。东南的沿海地区,因为台湾海峡的瓶颈效应,导致了整个海岸线和沿海岛屿,都是好的风能开发区。

      风能在开发上,不是没有其缺点。其中第一个就是风叶的转动,可能会对迁徙的鸟类造成影响。要么就是风叶把笨鸟打成碎片,要么就是聪明鸟因为风车噪音而改变迁徙路线,从而影响生态。第一个缺点就是噪音干扰,这就对沿海的居民造成影响(对新疆,西藏,青海和内蒙等人口少的地方就好一些)。另外一个因素,就是对国家安全。因为风机的运作,可能会使传统雷达无法辨别,是风能运作,还是敌人的飞机偷袭,这都要求军队必须开发出可以辨别风能电机和飞机的新雷达体系(这个已经有一家英国公司解决了问题)。

      而在海上风能的开发上,一个比较好的方法就是不要搞近海开发,而是要搞远海开发。现在的近海风能技术,只能在近海40米深的海面。由于海上风能的成本要比陆地贵50%,而近海的风速不到远海的一半,而远海的发电能力要比近海多5倍,因此近海风能发电经济上并不划算。

      现在在远海风能技术上领先的是一家挪威和一家荷兰的公司,基本上可以用近海的成本,把风电机安装在离岸20公里,110-150米水深的海上。其实这些公司运用的技术并不是很新颖,基本上是利用海上钻油平台方法,把其简化,将一个支持架放在风机的周围,然后用铁链将这个架子,安装在海底。

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      图一 远海浮动风能和石油海上平台的对照

      不过这个设计有技术上的缺陷,其中一个就是现在的风机重量可以做得更轻。俺现在参与的几个项目都可以将这些缺陷解决。

      如果你觉得这个思路比较牛的话,那你就要扶住你的下巴了。

      因为如果你对风能比较了解的话,真正的风力不是在人们通常计算的在地面10米高的地方,而是在高空。根据美国斯坦福大学研究人员的估计,在高空的风速,要比地面上多100倍。

      那么如何把这个风能开发出来?就是俺们中国老祖宗的法子,把一个风能发电机,当作一个风筝给放到天上去。这个风筝上面装上可以转的螺旋桨,而拉住风筝的绳子,就是俺的电缆。

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      图二 高空风筝发电

      这个风筝发电,要求的是差不多1万米的高空,其风叶转速大概比地面上快10倍。这个方案的好处是,不会影响飞鸟和人类。而且对中国来说,西藏的高山上安装这样的风筝,恐怕是一个不错的选择。

      高空风能的好处在于风力资源非常高,而且很稳定可靠,如果搞好了,成本是可以和地面上的风能竞争。根据斯坦福两位学者的研究成果,高空风能的全球储量的1%,就够俺们全人类用了,而相对的太阳能,大概要占用超过100倍的面积才行。

      另外一种风筝的设计,就是在地面上安装发电装置,而是通过千手观音的方法,由地面站将爪子伸向高空,然后让高空上的风力带动地上的活塞运动,来发电。

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      图二 用风筝带动地面的风力发电

      不过高空风能的分布和地面分布有所不同。根据27年的世界风能数据,发现的结果是风能资源最强的是1万米高空的地方。而这些地方是中国的东部(东北和华北),日本,美国东海岸,澳洲南部,非洲东北部。这些地方的风能大概是一平米1万瓦,相对于中国三北地区地下的一平米200-300瓦,简直不可想象。

      和地面相比,如果你有68%的时间可以用来发电,已经是极佳条件。可是在高空风能上,这些地方可以达到95%时间发电,简直就是成年发电了。而根据一些制造商的估计,以美国的水平来说,最终可以做到一度电2-4美分,这个简直就可以完全替代煤炭发电了。

      而当中国的能源开始从煤炭为主,变成包括太阳能和风能,那么中国的能源依赖就会发生根本的变化,就是从主要依赖于中东的石油资源,变成依赖于中国的东北,内蒙和外蒙古的再生资源,那么对中国资源的安全性,和在碳排放上的有利地位,那是截然不同了。

      在中国的风能和太阳能的分布图上,大家可以看到一块空白的地方,那就是中国西南的贵州,重庆,四川盆地和云南北部。这些地方是没有多少太阳能,风能也是一般。但这里是中国的水资源最充沛的地方。

      谈起水资源,大家就想到了水电站。谈到水电站,大家就想到了大水坝。从当年在三门峡水坝搞出来的恶果,到当年在三峡大坝的争吵,现在是搞水坝发电已经被所谓没有用心的环保分子,和很有用心的海外敌对团体反得彻彻底底了。

      可是看一下这些人有理和无理的吵闹,其实主要是对水坝的抗议,而不是对水利发电的反对。那么俺这里弱弱的问一个问题:

      难道搞水利发电,非要盖个大坝不可吗?

      俺们为啥不搞一个无水坝电站呢?

      • 家园 实际上风力发电最大的缺点是不可靠性

        风力能源首先不能保存,其次也不像水电,火电能源成常态分布,而风力有很大的不确定性,所以单纯的以风电做为主要电能来源,肯定不靠谱,最多只能成为补充能源,这是其一。

        其二,风电对于我国电网架构的设置也是一次调整,总所周知的是新疆应该是风电的主要来源之一,但是新疆主网只有220千伏,可是国内大部分的确都至少是500千伏,甚至是750千伏的等级了,也就是说在风能较为普及的区域,因为历史等原因造成了电网的长期滞后发展,一下子上太大负荷的风电,还是造成了发得出,送不掉的现象。

        第三,风电算是分布式能源,这不仅对前面说到的输电网考验较大,对于配电网的架构,也是很高的要求,可是配网一直以来都是我国最为薄弱的区域

      • 家园 是否可以这样说?

        高空风能的好处在于风力资源非常高,而且很稳定可靠,如果搞好了,成本是可以和地面上的风能竞争。根据斯坦福两位学者的研究成果,高空风能的全球储量的1%,就够俺们全人类用了,而相对的太阳能,大概要占用超过100倍的面积才行。

        是否可以这样说:间接利用太阳能比直接利用其热量效率高?毕竟能量是守恒的,局部区域风能密度高可以看作集中了全球其他地区的太阳能。

      • 家园 昨天的参考消息上说了高空风力发电,老大牛!早就知道了
      • 家园 要慎重

        我们都知道地球大气是一个复杂的混沌系统,如果人类抽取这个系统中的能量,后果难以预料

      • 家园 我设计的无坝水电站

        水电站,理论上讲是把水的势能转化为动能,在通过电机转化为电的过程,所以要筑水坝,抬高水位增加水的势能。

        我曾经有过一个想法,就是用气球把一个巨大的漏斗升到空中,这样在下雨的时候就可以把雨水接住,汇集成一个强有力的水柱,带动电机发电。这个高空势能更大,也就不需要水坝了,海上的很多雨水就是直接落入大海,浪费了势能了。

        哈哈,没事过来瞎掰

      • 家园 无坝水电站早就有了

        最早的无坝水能利用就是水车,自然后来发展成无坝水电站。wiki上有说明,还有照片。但是无坝水电站效率非常低,原因是它只能利用流水的部分动能。河中水流速度一般不超过10m/s,而要让水能够流走,水轮机出水速度不能太低,估计需要6m/s。也就是说,即使可以把整个河的水都利用上,用动能势能转换公式可知,相当于0.8m高的坝......

        即使出水速度为0,也只相当于5m高的坝。

      • 家园 估计过度的开发风能会对环境产生一些负面影响,如有些地方

        过热,过冷,季节变化缓慢,局部洪水或干旱,城市空气污染散不开等等。因为这些由风能带来的自然界的各种平衡将会被打破。

        你的那种高空风筝发电机估计也会有问题,没风时如何保持它呆在空中?如果线断了那么大的家话掉下来可不是弄着玩的。维修和如何升空也是问题。

      • 家园 问个比较白的问题,风太大会不会把设备刮坏?

        风能不受控制,电网调度会不会有很大的问题?

      • 家园 这个“活塞”当是笔误吧,既然已经捉到风力,要活塞何用

        另外一种风筝的设计,就是在地面上安装发电装置,而是通过千手观音的方法,由地面站将爪子伸向高空,然后让高空上的风力带动地上的活塞运动,来发电。

        俺理解,活塞是用在卡诺热机里,来收集气体膨胀功的,是带动转子发电,而不是被带动,估计楼主是想写“转子”吧?

      • 家园 【请教】高空上的风力带动地上的活塞,损耗如何?
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