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      采用《新型環保風力發電系統技術》提高城鄉空氣質量及人民健康水平、解決治理霧霾天氣問題

      文章編輯:admin 文章來源:中國能源信息網 發布日期:2020-03-05 14:27:54 點擊次數:

      新型環保風力發電系統技術提高城鄉空氣質量減少霧霾天氣發生新型風電產業項目綜述

      (一)城鄉地面風速降低和霧霾形成原因分析

      大氣污染霧霾天氣形成的主要原因是污染物排放加不利空氣流動的靜穩態天氣的綜合。地面風流動的速度低,是靜穩態逆溫天氣形成的主要原因。近年來地面風流動速度逐年降低的主要原因是:氣象因素和人為因素。本文扣除氣象因素主要介紹人為因素。人為因素導致地面風流動速度降低的主要原因:一是在城市內部發展建設過程中沒有科學考慮建筑物阻擋對風流動降低風速的影響,城市里大樓越建越高,阻擋和摩擦作用使風能流經過城市區域時有明顯減弱。樓房的形狀、高度、朝向布置和對應城市主導風向的排布,都可以使風流經過城區時有不同級別明顯的衰減。二是在城市以外區域2011年至目前國內普遍安裝的風力發電機組均為“大風輪低塔筒”(風輪直徑121-146米;塔筒高度80-90米;機組功率2.0-2.5MW)風電機組設計。這種設計沒有科學考慮對風場下游風速衰減的影響和對近地面弱風資源的保護。大風輪低塔筒風力發電機組的運行通過捕獲近地面風資源發電的同時,也降低了近地面風速。我國目前風電累計裝機容量達到2.21億千瓦,按5萬千瓦/單位風電場計算折合目前風電累計裝機4500個風力發電場,按單臺風機功率2MW計算目前我國安裝1億1千臺風電機組。風電裝機總量是世界上第一個超過2億千瓦的國家,陸上風電裝機已連續10年保持全球第一。在這樣大規模高速度發展的風力發電場建設和風力發電機組安裝中沒有科學考慮風能經過風力發電場下游風速衰減后到達多遠距離可以得到恢復的設計問題,是造成城市內外地面風速逐年降低的第二個因素。                      

      地面風流動速度過低,是靜穩態逆溫天氣形成的條件,導致霧霾出現幾天或很長時間不易散去,這是造成霧霾天氣嚴重主要的客觀條件。城市地面風速過低,大氣穩定度高加之城市熱島效應等因素,導致垂直方向出現逆溫層。逆溫層好比一個鍋蓋蓋在城市上空,這種高空中的氣溫比低空中的氣溫更高稱為逆溫現象。大氣低空中空氣水平流動無動能,垂直運動受到限制,空氣中懸浮微顆粒和病毒菌被阻滯在低空和近地面難以向高空飄散,污染物不能及時迅速流動上升高空稀釋,以至長時間循環在人群生活高度空間進行傳播和吸附,導致霧霾天氣出現,霧霾長時間滯留在低空中被人群吸附,極大地危害著人們的生活健康。

      大氣污染霧霾天氣形成的主要原因是污染源排放加不利空氣流動的靜穩態天氣的綜合。地面風流動的速度低,是靜穩態逆溫天氣形成的主要原因。靜穩態逆溫天氣使得工業污染源、生活污染源、病毒污染源排放的污染物不能迅速流動上升到高空稀釋,近些年我國加大措施和力度對各種污染源排放的治理,城鄉空氣質量有很大程度的提高。但是在注重減少人為影響地面風(空氣)流動速度因素方面有待要進一步關注和開展。

      (二)提高城鄉空氣質量,解決治理霧霾天氣實際有效性措施

      目前霧霾治理的主要方式是對污染物減低排放。本文對污染源排放治理不做過多贅述,主要分析說明如何提高近地面風速,促使污染物得到迅速稀釋擴散。

      大氣中的污染物稀釋擴散一般有三種方式即,水平擴散、垂直擴散和雨雪沉降。水平擴散主要依據風速,如果風速夠大,那么污染物就可以很快被吹散。垂直擴散,一般情況下,大氣溫度的分布上冷下暖。近地面氣團溫度高,質量輕,就會向上飄,這樣就會出現大氣的垂直運動。這種具有垂直交換作用的大氣層叫做混合層。如果混合層高度高,意味著它的垂直運動空間大,有利于污染物向高空擴散;反之,則說明垂直擴散能力差。霧霾頻發的另一原因就是因為大氣層結穩定,城市地區混合層頂高度低,抑制了污染物病毒菌的垂直擴散。雨雪沉降等自然現象不做解釋。

      由于城市內建筑物和城市外大風輪低塔筒風電機組及風電場不科學的設計,造成城市內外地面流動風速降低,空氣混合層頂高度降低,導致各種污染物不能及時擴散,形成霧霾。因此,治理霧霾最實際有效的措施是對污染物減低排放和提高近地面風流動速度兩項的結合,要使污染物不僅能夠迅速被水平擴散更要被垂直擴散。

      提高近地面風速的有效措施是使近地面風加速流動。在城市外圍科學設置《疏導型風力發電場》建設和安裝《大功率高塔筒空氣循環復合功能風力發電機組》。針對城市近郊或者城市市區,可以安裝《環保大功率高塔筒空氣循環復合功能風力發電機組》《環保空氣循環風電凈化塔》的方式提高城市地面風流動速度。針對城區內影響風流動速度的高聳建筑物已經形成,當下無法改變的情況。主要采取進行環保風資源測評分析,疏通城市主導風道,同時結合緩解城市熱島效應措施和污染物排放治理等體系等,采用規劃城市通風廊道安裝《環保大功率高塔筒空氣循環復合功能風力發電機組》和設計建設《環保空氣循環風電凈化塔》的方式,為城市創建“穿堂風”,促進城市空氣內外、上下交換,增加城市地面風流動速度。提高城鄉近地面風速最有效最簡便的措施是建設治理霧霾特殊布局《新型環保風力發電系統技術》的風電場和安裝專項《大功率高塔筒空氣循環復合功能風力發電機組》。把城市通風評價做為未來規劃或重建改建項目的首要原則條件來考慮。

      二、新型環保風力發電系統技術治理霧霾的技術介紹

      (一)特殊布局的風電場設計核心技術:疏通風道

      地面風流動速度是大氣對污染物和病毒菌類自然稀釋能力的一個重要因素,風的方向、速度、湍流強度等對稀釋污染氣體和病毒菌類有重要影響。當風速大于每秒4米/s時,可以使污染空氣被移動吹散,從而起到自然稀釋作用。當風速低于3米/s時僅能使污染空氣移動但不容易被吹散。當風速等于零(靜風)時污染空氣水平方向的擴散將趨于停止。所以,風速的大小決定了污染物和病毒菌類沖淡稀釋作用的大小。一般情況下隨著風速的增大,單位時間內污染源排放出來的污染物被很快地拉長,這時混入的大氣量越多,污染濃度越小。因此在其它條件不變的情況下,污染物濃度與風速成反比。

      物質的運動是有規律的,水流有水道,風流有風道。風的可壓縮性比較水的可壓縮性強大幾倍,疏通風道是關鍵環節。目前不科學的風力發電場布局建設肆意圍堵了風道。采用科學的風力發電場設計技術和風電機組的安裝方式可最大限度減少風力發電場下游風速衰減值并縮短恢復距離。科學合理布局的《疏導型風力發電場》設計將達到治理霧霾的效果,其特點是護風養風提高地面風能流動速度,保護弱風資源的存續和強度,不搜取低弱風資源進行風力發電。給風能流動留出通道,對弱風資源采取護風養風措施,延續風能資源的存續強度。改變了以往風電場建設對風能資源圍堵式的機組布置方式和“大風輪低塔筒風機”強風弱風一同圍堵掠奪式搜撲風資源的做法。

      (二)治理霧霾的風電機組設計技術核心:提高近地面風速

      專項風電機組是針對治理霧霾設計的《大功率高塔筒空氣循環凈化復合功能風力發電機組》。主要特點是大功率、高塔筒、空氣循環凈化。大功率設計降低逆溫層出現概率,污染物被迅速垂直擴散。高塔筒設計僅捕獲160米以上高空風資源,不影響近地面弱風資源暢通,不影響污染物水平擴散。空氣循環凈化設計充分利用塔筒通風道內凈化功能,使通過塔筒的空氣被凈化,達到有效治理霧霾的目的。

      《大功率高塔筒空氣循環凈化復合功能風力發電機組》利用風力發電塔筒對風電機組承載支撐的作用,借助風力發電機組的結構高差,利用對流層空氣上升與下降的規律,對塔筒內管道進行專項設計,增加間斷性機翼形螺旋背的旋轉,從而使管道中心負壓高速形成氣旋,達到上下空氣迅速流動目的。設計保證風力發電功能和空氣循環功能同時運行配置,不論有風發電或無風不發電狀態,塔筒風循環凈化功能都正常運行,對提高風力發電場地表面風流動速有明顯效果。

      (三)設計原理說明

      建設《疏導型風力發電場》安裝《環保大功率高塔筒空氣循環復合功能風力發電機組》和安裝《環保空氣循環風電凈化塔》的作用不是將高濃度的污染物移至遠處,而是使下風向10-20公里及更長范圍內的污染空氣濃度都降低到環保規定值以內。這種通過塔筒管道加速上下高差氣流的循環流動,既可以實現城市內地面風流動速度加快也能實現風力發電場下游地表面空氣流動速度迅速恢復,也可使城市內外地表層污染空氣迅速升高擴散起到淡化和稀釋作用。可使城市內外地面風流動速度達到規定值以內,各種污染物病毒菌濃度值都降低到環保規定值以內,實現了大氣環境霧霾天氣治理的效果。

      三、新型環保風力發電系統技術特點及基本參數對比           

      (一)《新型環保風力發電系統技術》核心技術特點

      1、疏導型通風道

      大規模的風能發電影響區域的風氣候,大型風電場增加了地表面粗糙度和拖拽力,改變了局地區域的動能收支,所以評估大風場的尾流長度對規劃相鄰風場之間的必要距離是必不可少的。風場分析模型的起點為風力發電機的比質量動量的總體消耗M與風力發電機的拖拽力Ct和輪轂高度h的風速Uh成正比:M=CtUh2。在風力發電場設計方面,采用疏導型風電場設計技術對風力發電機組進行選址布局,給主導風資源留出通道,使風電場下游近地表面風速降低在可控范圍之內,下游流動風速在指定距離(5-10公里)以內有效恢復到風電場前的來風速度指標。同時,對風電場下游風速衰減程度以及風資源恢復距離給予設計評估,實現風力發電場下游風速衰減到可以控制并具有快速恢復的能力。

      僅利用高空風資源

      風能資源不僅只是風力發電動能資源,更是民生資源,保護低弱風資源就是保護民生健康水平。目前國內普遍安裝的“大風輪低塔筒”風力發電機組采取強風弱風一起圍捕,重點捕獲弱風資源的做法破壞了風能資源的流動特性,改變了局地風資源流通路徑,透支了區域風能動量收支,是不合理的風資源開發方式。

      《新型環保風力發電系統技術》采用安裝《環保空氣循環復合功能風力發電機組》系統對風切變在0.1-0.15及以上的風資源,采用高塔架安裝,搜取160-200米的高空風資源。風力發電機組單位KW風輪捕風面積控制4.5m2/kw以下,不搜取年平均風速5.5m/s以下風功率密180w/㎡以下低弱風資源,對低弱風資源進行養風護風措施,保持低弱風資源的存續和再生。

      3、迅速恢復衰減風力

      《新型環保風力發電系統技術》遵循塔架高度與風輪直徑比≥1.0~1.3之間的結構設計原則設計風力發電機組,實現大功率(3-5MW)高塔架風力發電機組的安裝。《環保空氣循環復合功能風力發電機組》系統,因為單機功率增大,同容量風電場安裝臺數減少和風輪中心高度增高等因素實現了環保風力發電功能。我們把風場拖拽系數C1定義為風場面積、風輪面積0.25×3.14×D2、風力發電機數量N和風力發電機的拖拽系數Ct的方程:C1=按公式分別計算兩個5萬千瓦電場。分別按功率2.5MW;風輪直徑146米;輪轂高度90米;風機20臺和功率4MW;風輪直徑140米;輪轂高度165米;風機12臺,得出兩個風場用地面積比結果是8:3.96。可以說明同容量風場安裝“大功率高塔筒風機”,可以節約土地占用50%的用地面積。同時對兩個風場風輪阻擋風面積比較:2.5MW風場是4MW風場的1.74倍。對風電場下游風速衰減的控制和恢復能力比較:在風速5-6m/s以內的條件下,2.5MW風場對風速衰減無恢復能力,4MW風場在6-8公里距離內風速衰減可以得到恢復。

      減少逆溫層

      《環保空氣循環復合功能風力發電機組》系統針對我國秋冬季節靜穩態天氣出現頻次多;逆溫層低,低空空氣中氣溶膠難以向高空流動,在重度工業污染源、生活污染源、病毒污染源排放的污染物流動速度慢,重度霧霾污染天氣出現時,結合利用風力發電機組結構的高差,利用對流層空氣上升與下降規律,通過塔筒管道高度把地面區域空氣向60-200米高空輸送,加速上下高差氣流的循環流動,可以實現風力發電機組周向地面空氣快速流動,可以對地表層污染空氣升高擴散起到驅趕淡化作用,實現減少各種污染物和霧霾等有害氣體對人們身體健康和對自然界的損害。

      你好!以上部分介紹供參考。如果需要進一步了解項目內容,可以聯系交流

      華小平

      電話:15006129038;15202295445,郵箱:qstffd@163.com.

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