地理高考命题研究：风电真的就是清洁能源么？高考地理如何备考风力发电问题？

地理高考命题研究：风电真的就是清洁能源么？高考地理如何备考风力发电问题？ 风力发电，就地取、无污染、可再生，作为全球清洁能源之一，对绿色环境有着重 要的意义。随着风电的快速发展，风电噪音这一大弊端也浮出水面，引起人们的关注。 风电机组的工作原理是，通过涡轮叶片转动来带动齿轮进行机械性转动，从而产生 电力。但是齿轮在彼此咬合的过程中，会产生巨大的震动，从而产生的巨大噪音，简直 是不可避免的。 产生次声波危害大 17 年前，ShinjuroKondo 先生搬到现在的居住地——日本富士山的故乡静冈县，但 今年 76 岁高龄的他却抱怨说“肩膀僵硬、头痛、失眠、手抖……自去年 2 月份以来， 就在风力涡轮机试运行开始后不久，我就出现了各种症状。”而老人的住所距离一组风 力涡轮机大概只有 350 米远。 据 PhysOrg 网站报道，在老人的大约 100 名邻居中，超过 20%的人也抱怨类似的身 体不适。邻居们说，当风力涡轮机由于机械故障或其他原因停转的时候，他们的症状会 有所减轻。 此类身体不适和风力涡轮机之间的关系尚不清楚，但风力涡轮机产生的次声波可能 是罪魁祸首。这种次声波每秒振动 1 到 20 次，由于频率太低，人耳无法听到。目前， 类似的投诉在日本其他地区也有报道，但不知是否与风力涡轮机产生的噪音有关。 风力涡轮机运营商对此非常关注，想了解应该采取哪些措施。据 PhysOrg.com 网站 分析原因有以下几点第一，对次声波噪音的敏感度存在个体差异;第二，次声波对人的影 响随着心理因素而改变，例如，即便是同样的音量，不愉快的声音比愉快的声音更能让 人不舒服;第三，身体不适与次声波之间的因果关系尚未得到清晰。 2004 年，日本环境省为当地政府制定了指导准则，用于处理由次声波噪音引起的问 题。该准则的发布主要针对由工厂或建筑工地频率在 20 到 200 赫兹的次声波造成损害。 然而，风力涡轮机产生的次声波频率太低，不受该准则的约束。 日本《噪音管制法》(NoiseRegulationLaw)规定了工厂和建筑工地的噪音水平，同时， 《环境影响评价法》(LawforAssessmentofEnvironmentalImpacts)也规定大型发展项目启动之前，应该评估其对周围地区的影响。但是风力涡轮机不在两法的管辖范围之内。 无论是在日本国内还是在国外，目前还没有任何分析次声波和人类健康之间关系的。 和歌山市(Wakayama)医生 FumitakaShiomi 研究次声波噪音问题长达 30 年，他表示“次 声波噪音会损害人类健康。除非立即采取措施，否则将会出现严重问题。” 不同声音 加拿大卫生和统计机构，对风力涡轮机的噪声影响开展研究，以确认噪声是否会对 人体的健康产生危害。 加拿大卫生部，从外部聘请了专门从事噪音、健康评估、临床医学和流行病学研究 的专家，为此次研究进行设计。该研究最初在风电场附近的社区中，选取 2000 户居民 作为研究对象，分别对这些居民住宅的内外进行噪声测量，样本住宅与风力涡轮机的距 离在 500 米至 5 公里之间。 根据研究成果和现有的综合科学证据，加拿大风能协会表示，风力涡轮机不会对人 们的健康产生影响。 对野生动物的影响不容小觑 对于海上风电而言，根据研究表明，仅仅是在一个海域的风电场降低噪音，海豚每 年减少 1%的风险就会降低 66%。由此可见，只有噪音度降低级别，风电场对海洋生物 的影响才会得到有效地缓解。 风力发电对鸟类也构成了威胁，鸟类常常撞死在涡轮机旋转的叶片上。日本环境省 证实，从 2003 年开始，13 只罕见物种白尾雕就这样被夺去生命。日本野鸟协会 (WildBirdSocietyofJapan)自然保护办公室副主任 YukihiroKominami 认为，这些例子仅是冰 山一角。他说“我们必须尽快找出各个地区存在的类似问题，否则我们将看到鸟类继续 受到伤害。” 而现在，科学家们利用一个失败的太空项目——欧洲航天局达尔文项目的行星发现 技术，来帮助消除风电机组在工作中发出的巨大噪音。 欧洲航天局开设了达尔文项目，该项目是利用望远镜去观测新的行星。为了减少微 小的振动对望远镜精确度的定位，硬工程师 Nicolas Loix，专门研制出了望远镜制动器， 可以抵抗达尔文望眼镜的震动，从而使望远镜来保持稳定。这个技术确实起到了作用，但是欧洲航天局认为耗费太大，搁置了达尔文项目…… 而一个德国风电涡轮机生产公司找到了 Loxi，表示自己极度需要减少风机涡轮运作 时产生的大量噪音。 由于在达尔文项目上的经验，Loix 的公司已经有了基础的技术框架，来抵消风机涡 轮产生的震动，包括仿真工具，工程工具和电子产品。“我们只需要几周，就可以实现 多兆瓦风力发电系统无噪音的构想，如果没有先前达尔文项目的经验，可能还需要两 年。”Loix 说。 此次技术上的改革，对改良风机噪音有着较好的推动作用，从而还海洋生物一个更 好的家园，也给人类一个更温馨的环境。 风力发电的其他弊端 1、风力发电场道路设计问题 滩涂风电场濒临大海，缺乏建筑材料，受海洋水文气象因素影响较大，因此，滩涂 风电场建设中，道路的投资占的比重偏大。作为风电场施工道路，为了保证施工的连续 性，道路应具有一定的高程，防止潮水侵袭；作为风电场检修道路，道路应具有一定年 限的寿命。在缺乏建筑材料的滩涂区域，修建能满足上述要求的道路应该以怎样的潮水 位标准来设计，才能保证其安全性、经济性呢？2009 年 11 月，水电水利规划设计总院 出台了《关于印发的通知》明确了施 工围堰的标准及型式，但是道路标准却仍然空白。 2、风电设备运输不便 风力发电设备大型化给客户造成的主要不便之一是运输和安装。发电机增大，塔体 就要相应增大，这些都受到运输的要求限制。大型风力发电塔，一般以圆锥型管状结构 为主，受到运输的限制，因为底节直径超过 4 米、重量超过 40,000kg、长度超过 20 米， 这样的尺寸在运输中已经属于超长、超高、超宽和超重。同时，现代风力发电机主要零 部件也受到了限制，风力发电机舱超重，宽度也属于特殊规格，需要重型拖车和特别安 全驾驶。相比较而言，叶片仍以轻取胜，但由于叶片长度的增加，仍需要超常运输。 3、风电设备和制造技术落后 风电机组制造技术，这是风电发展的核心。目前我国风电建设远远落后于世界发展， 其主要原因是，没有加大力度依靠国内雄厚的机电制造业基础，吸收引进国外先进技术 对风电成套设备进行自主开发。随着世界风力发电设备制造水平提高，更大的单机容量 已经是全球风能技术发展的趋势。据了解，国外风电机组目前已达到兆瓦级，如美国主 流 1.5 兆瓦，丹麦主流 2.0～3.0 兆瓦，在 2004 年的汉诺威工业博会上 4.5 兆瓦的风电机 组也已面世。而迄今为止，我国在这一技术上处于落后位臵，尚不具备自行开发制造大 型风电机组的能力，且在机组总体设计技术，特别是桨叶和控制系统及总装等关键性技 术上落后于欧美发达国家，且机组质量普遍不高，易出现故障。国内整体的风电制造水 平比国外发达国家至少晚 10 年，而且技术差距还在拉大。地理工作室综合整理 4、风力发电设备的寿命短 风力发电机是整个风力发电行业的最核心装备，而滩 涂的空气含盐量和湿度都相对较高，加上国内风电设备和技术的落后，使得风力发电机 的使用寿命普遍达不到设计值，目前全国最高使用寿命的新疆达坂城风电场也只有 20 年。寿命短，导致成本投入大于风电收益。 5、风力发电成本高 风力发电的成本主要是固定资产投资成本，约占总投资的85% 以上。按照我国增值税抵扣政策，固定资产投资的增值税不能抵扣。风力发电执行 17% 的增值税税率，因为没有购买燃料等方面的抵扣，因此风力发电实际税负明显高于火力 发电。另外，国内已经建成的微不足道的风电容量几乎全部为进口的成套设备，导致风 电场投资高、电价高，与火电、水电比，缺乏市场竞争能力。国产的风电设备可以显著 地降低风电成本，但由于现在国内设备制造水平较低，应用规模小，国产设备的价格并 不低于进口设备。 6、风电设备不易维护 为使风电设备经得住时间和自然风蚀的考验，必须要进行 表面处理。如今，表面处理技术以喷漆处理为主。尽管喷漆效果不错而且操作简单，但 在安装时就会暴露很多问题。比如喷漆的表面容易被划伤，导致生锈，而且，风电设备 一旦安装完成，修补划伤的表面会有很多困难。经过风蚀日晒后的喷漆易发生碎片脱层， 不易于维护。7、风电噪音污染大 叶片与风相切产生噪音、风电机组发出的噪音都无法去除。 风力发电机一般高度在 20 米左右，加上风机“嗡嗡”作响的巨大声音，迁徙的候鸟不 敢降落觅食休息，生活在当地和附近的海鸟纷纷“搬家”。噪音不仅影响动植物的正常 生长，还影响渔民的鱼类作物，使生态环境不可避免地受到影响。 8、风电电磁干扰 风力发电机风轮机叶的接收装臵既可以接受信号，也可以发射 信号。对调幅无线电系统影响很大，具有强发射能力的金属材料所造成的电磁干扰问题 突出。 许多通信频率都会受到风轮机潜在的影响。在低频段，波长远大于风轮机的特 征尺寸时，风轮机的几何总参数才具有重要影响；在高频段，波长小于或与风轮机部件 具有相同的数量级时，叶片的详细几何形状也有相当重要的影响；当波长大于风轮机总 高度的 4 倍以上时，通信系统就基本上不受影响了。 可能受到风轮机干扰的通信类型 有：电视广播、微波通信、高频全向无线电信标 VOR（用于飞机导航）及仪表引导着陆 系统。 风力发电电场选址的一般要求和考虑 1：一般要求年平均风速在 6 米/秒以上（60-70 米高度），山区在 5.8 米/秒以上。 2： 年 3-25 米/秒的风速累计小时数在 2000 小时以上（3000-5000）。 3：年平均有效风能功率密度在 150 瓦/平方米以上。 4：每台机的平均间距为叶片直径的 4-6 倍。 5：并网条件好，要求风电场离接入的电网不超过 20 公里。 6：离居民区 300 米以上的距离。 7：目前，风力发电项目的单位投资为 7000-10000 元/千瓦，一座 5 万千瓦的风力发 电厂的投资约为 4-5 亿元。 8：风电厂的开发首先由当地市级政府与拟投资开发的企业签订合作协议，企业根 据协议明确的范围开展前期的测风工作。在取得测风资料后，开展项目的论证工作，论 证能满足开发的要求，便可启动相应的报批程序，开展预可研的编制工作，及相关的前 期工作。预可研审查通过后，就可以开展可研报告的编制及其它专题报告的编制工作， 完成后向省或自治区发改委申报项目，由省统一向国家能源局申请核准。在得到核准后，便可以开展项目的建设。整个项目从开始到投产周期约为四年左右。 9：另外，还需要考虑电价、风向、地形、地质、气候、环境以及道路交通等一系 列因素。 需要收集的资料：收集风电场附近气象台海洋站等长期测站的测风数据，如风速、 风向、温度、气压及湿度等，具体有： a）30 年的逐年逐月平均风速； b）代表年的逐小时风速风向数据； c）与风电场测站同期的逐小时风速风向数据； d）累年平均气温气压数据； e）最大风速、极端风速、极端气温及雷电等数据。 f）整理风速频率曲线、风向玫瑰图、风能玫瑰图、年日风速变化曲线、风能密度 和有效风速小时等主要参数。 另外，还需要明确电价、电网接入的可能性、电网接入的变电站离可能选择的风场 的距离、当地对生态的保护和环境保护的要求、土地政策以及林地保护问题、道路交通 等。 广东省沿海及岛屿风速大，面积广，风能蕴藏量大，风力资源潜力巨大，3300 多公 里的海岸线是风能资源最丰富的地区。估计全省风能贮量约 9700 万千瓦，潜在发电装 机容量可达约 3000 万千瓦以上，大于 2000 年全省现有有效发电装机容量总量。 广东沿海属风能资源属丰富区，年平均风速 6-7 米/秒或以上，有效风能密度普遍在 200-300 瓦/米 2 以上，有的地区达 400-500 瓦/米 2，有效发电时间约 7500 小时，约占 全年时间的 85%，可装风机面积达 539 平方公里，近期可装机容量达 550-600 万千瓦， 相当于全省水力发电的装机容量（660 万千瓦），每年可发电 100-120 亿千瓦时，开发潜 力相当大。 广东省风能资源丰富，一个风电场一般建成后 5-7 年便可还本付息，有 13-15 年的 净收期，每台 600 千瓦风机净收入约 0.2-0.3 亿元左右，经济效益显著。 风电是可再生、不需要运输、取之不尽、用之不竭的优质能源。广东沿海风电可开发量年折合标准煤 6.08 亿吨，占全省一次能源的 20.6%.风电开发不但节省了大量能源， 而且大大减轻了煤炭的不可再生能源开采、运输、使用等环节的污染，具有巨大的社会、 经济和环保效益。风电还有用地少，土地综合利用率高、建设周期短、工作人员少和便 于管理等优点。风电与水电可以互补；我省为季风气候，4-9 月为雨季，水量足，发电 量大，但相对风力小；而旱季 10-3 月的雨量少，水电不足，但风力大，风电量大；两 者可以互补，调节全省电力供应，对经济建设也有积极意义。 目前广东省已发展有南澳、惠来两个大型风电场，总装机容量 6.69 万千瓦，居全国 第二位，占全国总装机容量的近 20%，其中南澳风电装机达 5.4 万千瓦，已成为全国第 二大风电场。