风能发电早已不是新闻,有报道称风车的历史可以追溯到公元前200年。一开始只是利用能源小规模的进行尝试,到今天,已经发展出了以兆瓦为计算单位的生产机器。随着技术的发展,人类现在的风力发电技术比任何时候都更有效率。我们在更大,更广阔的范围内收集清洁的,可再生的能源。但是这对那些小型的风能系统来说意味着什么,或者,我们应该将他们淘汰么?
在更多的情况下,大型的涡轮机或许已经代替了那些小型的,但是这并不意味着所有的情况。全球中小型风力涡轮机市场 (SMWT) 预计到2015年会扩大一倍,特别是在发展中国家,销售额可达到6.34亿美元。
除了对环境的好处 (节省燃油运输成本以及输电线路),中小型风力发电系统最大的优势就是可以根据其灵活性,将其纳入住宅和社区。他们可以独立进行工作,也可以很轻易地集成到系统中与太阳能发电设施一起工作 (甚至是柴油,如果需要的话,可以减少一些影响),或者是储氢系统。
最近发展的一些风-氢转换和储存技术为这种合作运行提供了一个很好的例子。从一个更大的角度来说,国家可再生能源实验室(NREL)在科罗拉多的国家风能技术中心启动了一个风-转换-氢(Wind2H2)的示范项目。该项目将风机与电解装置相连接,电解装置通过水将风力产生的电能分解为氢气和氧气。然后,氢气可以被储存起来,用于内燃机或燃料电池(www.nrel.gov)发电。就小规模分布式风能系统来说,上诉描述也是有可能实现的。举个例子,东欧的研发人员一直致力于开发分布式,社区型,风力发电系统,这些系统可以覆盖几个村庄,同时需要结合氢能和燃料电池的帮助。
举个更加贴近我们生活的例子,燃料电池科技办公室,作为美国能源部(DOR)和能源效率和可再生能源组织的重要组成部分,正在寻找一些有关与H-Prize竞赛的潜在信息,其中包括家庭加氢系统,这将加速H-Prize的进一步发展,同时促进氢能源科技的商业应用。这些系统将被设计用来生产家庭用汽车的氢气燃料,以现有的居民运输设施为基础,竞赛奖励为100万美元。
现在想象一下,有一个系统,将氢气发生器与分布式小型风力涡轮机相连接, 他可以提供高效的,环保的混合动力系统,同时包括了能量储备及能量补充系统。由于风能的性质是间歇性的,而非连贯的,风力的储存往往是容易被忽视的环节,该系统填补了风能储备的缺口,为在风能不足时持续供应电力提供了可能。
有了正确的技术支持,中小型风力涡轮机可以在小规模范围内展现出与大型涡轮机一样的优势,当然,这都取决于不同的项目。事实上,在一个系统的生命周期内,就千瓦时为计算单位而言,小型的风能系统比小型的PV和小型的水利系统的成本更低(www.ruralelec.org)。在2011年,美国风能协会 (American Wind Energy Association) 估算出了美国小型风力涡轮机的成本为每千瓦6040美元,较2010年增长了11% (www.awea.org)。当然,那些对此感兴趣的社区和团体需要承担这些费用,但是在某些情况下,政府会鼓励开展这些项目,并对实行这些项目的个体进行帮助 (几乎每个州政府都出台了激励举措,详情情参考www.dsireusa.org)。
对风能的有效利用
为了方便配电,社区型风力发电项目一般都靠近住宅社区,直接为终端用户提供电力。具体的供电规模取决于社区对电力的需求,一般来说,这种项目都是小规模的, 会包含几个小型风力涡轮机,这些风机比较适合用于居民住宅,农场,商业区和公共区域,可以在小规模范围内提供稳定的电力。
农业/农场对风能的应用
现代农场通常都会用到各式各样的机械设备——从拖拉机到卡车,甚至是小型农用飞机。这些机械设备都是需要消耗能量的,一个理想化的情况就是,我们为这些农场配上风力发电系统,使其在能源供给上实现自给自足。与此同时,美国农业部提出了“美国农村能源计划”,该计划为这些农场提供拨款和其他资金帮助。除了满足自身的能源需求,农场主们也可以通过向当地电网出售多余的电力来获取利润。
偏远的乡镇地区对风能的应用
照比农村地区,偏远的住宅和商业区更应该引进社区型风力发电项目,以此来节省电力传输的基础设施建设成本。一般来说,小型社区可以对该系统进行投资建设,并且对其中的一些细节保有决定权。在这些地方,混合系统是极其重要的,尤其是那些需要重视能源储存的地方。举个例子来说,如果制氢机和储罐能够得到有效的利用,供应链就会趋于稳定,居民就不需要担心成本和电力过度消耗的问题。
城市地区对风能的应用
对于基础设施比较发达的城市地区来说,风力发电设备看似只能起到辅助的作用。然而,在不久的将来,随着氢动力公共交通工具的流行,加氢站会变得越来越重要和受欢迎。小型的风力发电系统可以供应制氢机所需要的电力。
商业活动区对风能的应用
由于商业区的能源应用密度特点,这些地区所要配置的风力发电设备需要稍微大一些,其目的不仅仅是为了满足商业活动区对能源的实际需求,并且可以将剩余的能源出售给电力公司。虽然较大的设备成本相对更高,但是相对于小型设备来说,每千瓦时的成本随之降低了。在环境保护工程,低成本能源,能源安全以及经济增长方面,小型分布式社区型风力发电项目有着巨大的潜力。其特点之一的灵活性,使其非常适用于特定的地点,场所,社区,并且其兼容性使得他可以在混合系统中占有一席之地。