什麼是風能？
風能(wind energy) 空氣流動所產生的動能。太陽能的一種轉化形式。由於太陽輻射造成地球表面各部分受熱不均勻，引起大氣層中壓力分布不平衡，在水平氣壓梯度的作用下，空氣沿水平方向運動形成風。
風能的特點：
風能是一種開發中的潔淨能源，它分布廣泛、就地可取；取之不盡、用之不竭；周而復始、可以再生。我國很早就開始了風力發電的研究、試驗和推廣工作。今天就帶大家去看看我國的四大陸上風力發電場。建風力發電場首先應考慮氣象條件和社會自然條件。風能屬於可再生的清潔能源，儲量大、分布廣，但它的能量密度低（只有水能的1/800），並且不穩定。
世界風能資源分布
由圖可知，風能資源歐洲特別是歐洲西部（歐洲西部常年盛行西風）最多，亞洲（東亞、東南亞、南亞季風區和溫帶大陸內部）其次，北美（東西高，中部大平原南北貫通，有利於夏季來自於墨西哥灣的暖溼氣流北上，冬季來自於北冰洋的冷氣流南下）第三。
我國主要風電場分布
新疆達坂城風力發電場
這是新疆最早的風力發電場，也是全國規模開發風能最早的實驗場。1989年10月，發電廠併入烏魯木齊電網發電，當時無論是單機容量和總裝機容量，均居全國第一。此後，發電廠不斷擴大，雄居全國首位。
內蒙古輝騰錫勒風電場
這裡曾經是亞洲最大的風力發電場，地處內蒙古高原，海撥高，又是一個風口，風力資源非常豐富，10米高度年平均風速7.2米/秒，風力發電場為草原新景，被譽為「中國最美的風力發電場」，它使眾多的遊客駐足相觀，留連忘返。
浙江臨海括蒼山風電場
這裡是華東地區規模最大、全國第四大、世界相對海拔最高的風力發電場，總投資23430.5萬元，共安裝風力發電機組33臺，每臺600千瓦，總裝機容量1.98萬千瓦。
甘肅酒泉千萬千瓦級風力電場
這裡是我國第一個千萬千瓦級風電基地，也是目前世界上最大的風力發電基地。酒泉千萬千瓦級風力電場是國家繼西氣東輸、西油東輸、西電東送和青藏鐵路之後，西部大開發的又一標誌性工程，被譽為「風電三峽」。截至2016年底，酒泉市風電裝機達915萬千瓦，佔全省風電裝機的71.6%，全國的6.2%；光伏發電裝機165萬千瓦，佔全省的24%，佔全國的2.5%。
棄風限電：是指風機可以正常運作，但因為電網消納能力不足、風力發電不穩定、建設工期不匹配等而使得風電機組停止運作的現象。
風能作為可再生能源，雖然裝機容量不斷地提高，但是對風能的有效利用仍然在固步不前。甚至一部分學者將風能稱為「垃圾電」，在全國多個地區出現了「棄風限電」的不良發展困境。「棄風限電」是指在風電機組設備狀態正常、風況良好的情況下，由於種種原因風電場被迫暫停部分機組發電的現象。而三北(華北、東北、西北)是「棄風限電」重災區。
按照國家能源局政策，對於「棄風限電」較嚴重的地區，在問題解決前原則上不再擴大風電建設規模。本是告訴發展的風能產業卻遭遇如此困境，而造成這一現象主要有以下原因：
1.風電的運輸與併網問題
歐美國家近年來的風電產業佔比可以達到30%，而丹麥則有近40%的電力來源於風能。由於中國幅員遼闊，有著較好的風能開發環境，如上圖所示，中國西北、華北、東北的風能資源均十分豐富。
風能並不是一個能夠長久儲存的能源，所以中國的併網思路是「大基地建設，大規模送出」，歐美則是「」分散接入，就地消納「的思路。這就需要風電地區具有電力長途運輸的能力。而長距離的運輸勢必要引起電力的消耗。這就為風電的運輸和併網帶來了巨大的挑戰。在此方面。歐美並無成熟的經驗，這就為中國電力輸送的技術帶來了較為遲緩的發展速度。中國大規模風場指的是千萬千瓦級風場，而歐美的「大規模」則指的是幾十萬千瓦級的風場，中國的電力傳輸要克服幾百上千公裡的輸送，歐美在此方面一般只需一百公裡左右。所以風能的傳輸和併網是目前造成「棄風限電」困境的一個較大原因。
2. 能源結構問題
歐洲燃氣、燃油發電和水電比例大，調峰能力強。以丹麥為例，丹麥地理位置優越，北有水力發電站，南有火電發電廠。當風力不夠時，可以從挪威引進環保的水電。電力互送非常頻繁。而中國幅員遼闊，電源負荷分布不均，電源以火電為主，調節能力相對較差。
風電具有波動性的，從一年中風電場每天平均輸出功率看，每天最大和最少發電量至少相差約40～50倍。從微觀上分析一天內的輸出功率變化，風電在24小時內仍處於非常不穩定狀態，輸出功率(兆瓦)在0～100之間隨機波動。且夜晚用電負荷處於低谷時段風電發電出力往往較大，即使常規電源降出力，當風電規模達到一定程度(大於低谷用電負荷)，難免出現限電棄風。下圖為風電出力曲線和負荷需求曲線對照。
風電的波動性帶來的是它需要對應合理的電源進行調峰，從而來滿足負荷平衡。而中國以煤電為主的電網難以為風電做深度調峰的。2012年中國煤電發電量佔總發電量的73.9%。即便如此，美國、丹麥等西方國家也已遭遇大規模風電上網難的制約。這是「棄風限電」的本質因素。
3.電力管理體制問題
中國的電力部門是由國有企業主導的自然壟斷部門。在電力管理體制中，電力投資、生產和分配仍然由政府主導，電力相關的決策大部分由省級政府完成和實施。政府在2002和2015年啟動了兩輪電力領域市場化改革，迄今為止，市場價格機制的影響還比較有限。近年來電力體制一直受到計劃管理和市場力量的雙重影響，而電力市場的角色正變得越來越重要。
在「十一五」和「十二五」時期，電力管理體制的碎片化嚴重影響了電力規劃的制定和跨省的電力輸送。電力規劃的權力分散於若干個政府部門和大型國企，增加了協調難度，並因此產生了線路輸送能力不足、調峰問題、產能過剩等與棄風密切相關的問題。電力輸送的省間壁壘是現行電力管理體制下的另一個典型問題。
現行制度安排將一省的電力生產和分配限制在該省電網範圍之內，而在電力跨省或跨區域傳輸時，容易產生省間壁壘，給省級和地區之間的電力傳輸帶來很多困難。尤其是在電力需求增速放緩的情況下，電力輸入省更加傾向於保護本省的電力生產，而不願意接受外來電力。該問題在一定程度上激化了「棄風限電」情況的發生。
一直以來，不管是科學家還是平常百姓都認為風力發電是綠色環保的能源。但是最近有研究表明，儘管風力發電廠已被用作應對全球變暖的戰略，但風力發電廠實際上加快了全球變暖的進程。
該研究的研究人員說，因為風力發電廠需要的土地比先前想像的要多很多，大概是計劃中的5~20倍左右。雖然風力發電存在這樣的缺點，但是很多人都認為風能比化石燃料更環保。
來自美國哈佛大學的科學家大衛·基思也是這項研究的參與者，他認為能源生產就沒有「免費午餐」，沒有完美的事物存在的。他還說了，由於環保的優勢，我們慢慢地將能源方式從化石燃料變成了風能，但這並不說明使用風能就沒有缺點。所有的低碳技術將或多或少地影響社會和環境，因此我們必須在各種不同的低碳技術之間做出選擇。
研究人員通過計算機進行了一系列的模擬運算，最後得到了風能是怎樣影響美國地區氣候問題的。簡單地說，通過研究已經安裝好的風力渦輪機來研究風能是如何影響大氣層的，這些風力渦輪機能夠滿足現在美國電力的需求。研究人員發現，這些大型的風力發電會讓美國大陸的氣溫上升0.24℃左右，這是由於發電機會在大氣層中散發極大的熱量。
參與該研究的李·米勒博士認為，通過風力發電也能夠將大氣的流量改變。而且這會影響到大氣中一些熱量和水分的分配，進而影響到了氣候。目前他們正在美國大陸範圍內模擬這些可能發生的影響。
米勒博士認為，太陽能在應對全球變暖方面可能是一種更好的能源。每單位能量的太陽能溫差比風能的要小10倍之多。當然還有其他因素要考慮，比如太陽能農場是集約化的，風力渦輪機之間的土地也可以用於農業。
高考地理風電專題設計
學校:___________姓名：___________班級：___________考號：___________
一、單選題
棄風率是指統計周期內風電場棄風電量與計劃發電量的百分比;棄風率的存在,反映了風電場常常棄風停機(大量的風力發電機停止運轉)。讀我國2016年部分省份風電佔比與棄風率的對比表格,完成下列各題。
1．2．從表格中可以發現( )
A．風電佔比越高,棄風率越高
B．北方地區棄風率最高的是甘肅省
C．西北地區風電佔比均高於東北地區
D．風電佔比在5.8%以上的省份,都有較為明顯的棄風
3．4．針對各省份較高的棄風率,下列措施不正確的是( )
A．新疆——逐步減少煤電比例
B．內蒙古——使用超高壓輸電技術跨區域輸電
C．雲南——壓縮供熱電廠發電供熱容量
D．山西——嚴格控制風電項目核准和建設
【答案】
1．2．D
3．4．C
【解析】
1．2．讀統計表可知，寧夏風電比高於甘肅，但是棄風率低於甘肅，A錯。甘肅位於西北地區，B錯。西北地區的甘肅風電比低於東北的吉林，C錯。風電佔比在5.8%以上的省份，都有較為明顯的棄風，D對。故選D。
3．4．風電是清潔能源，新疆可以通過逐步減少煤電比例，降低棄風率，A對。內蒙古地區距離東部經濟發達地區較近，可以將富餘電能通過超高壓輸電技術跨區域輸電，B對。壓縮供熱電廠發電供熱容量，與棄風關係不大，C錯。山西為我國能源基地，以煤炭為主，可以適當控制風電項目，D對。故選C。
二、綜合題
5．閱讀圖文材料，完成下列要求。
丹麥是一個致力於擺脫石油依賴，以清潔能源和可再生能源為主要生命線的國家，其人均風電裝機容量長期居世界第一位，目前風電滿足全國電力需求的42%。丹麥風電的主要備用電源在周邊國家，與瑞典、挪威、德國之間電腦互聯，能根據風電變化，調度電力進出口，「削峰補谷」平衡電力供需。丹麥歷屆政府對風電都給予大力支持，如為風電設備安裝、風電生產提供財政補貼；強制風電上電網與電力公司購買；電力消費者必須購買固定額度的綠色能源等。下圖示意丹麥地理位置。
風電棄用主要是指由於電網接納能力不足、風電不穩定等原因導致的風機停止發電的現象。2016年前三季度，我國風力棄風量達394．7億度，全年平均棄風率為19%，尤其是西北風電規模化開發地區棄風現象嚴重。
（1）與水能、太陽能相比，分析丹麥選擇大力發展風電的原因。
（2）說明丹麥風電要利用備用電源進行「削峰補谷」的原因。
（3）探討解決我國西北風電規模化開發地區棄風問題的途徑。
【答案】（1）丹麥瀕臨海洋，常年受西風帶影響，風能資源豐富；地形以平原為主，地勢平坦；河流較短、落差小，水能資源匱乏；緯度較高，陰天多，太陽能資源匱乏 （2）風電具有不穩定的特點，當風力較弱時，需要備用電源「補谷」，維持電網的穩定運行；當風力較弱時，可出口風電到周邊國家進行「削峰」 （3）（明確風電作為新能源的戰略發展地位；）加強電網基礎設施建設，提高輸電能力；建設火電、熱點等調節電站，或與周邊地區火電、水電聯網，彌補風電不穩點的缺陷；政府給予政策支持與經濟補貼，推動風電產業的發展（或利用法律手段強制規定電網收購一定比例的風電）
【解析】
（1）丹麥地處歐洲西部瀕臨海洋，常年受西風帶影響，風能資源豐富；地形以平原為主，地勢平坦，國土面積小，河流較短、落差小，水能資源匱乏；緯度較高，溫帶海洋性氣候為主陰天多，太陽能資源匱乏。
（2）風電具有不穩定的特點，當風力較弱時，需要備用電源「補谷」，維持電網的穩定運行；丹麥風電的主要備用電源在周邊國家，與瑞典、挪威、德國之間電腦互聯，當風力較強時，可出口風電到周邊國家進行「削峰」；能根據風電變化，調度電力進出口，「削峰補谷」平衡電力供需。
（3）風電棄用主要是指由於電網接納能力不足、風電不穩定等原因導致的風機停止發電的現象。風能是可再生能源，我國西北地區風能資源豐富，應加強電網基礎設施建設，提高輸電能力；建設火電、熱點等調節電站，或與周邊地區火電、水電聯網，彌補風電不穩點的缺陷；政府給予政策支持與經濟補貼，推動風電產業的發展（或利用法律手段強制規定電網收購一定比例的風電）
【總體分析】
本題考查丹麥的風能及利用。分析丹麥選擇發展風電的原因是對比水能和太陽能，要從影響水能、太陽能及風能的因素上進行分析，即地形、河流、氣候及風帶。說明丹麥風電要利用備用電源進行「削峰補谷」的原因，主要考慮風能的不穩定性，補谷是要用其他能源補充，削峰是把多餘的能源送出，來平衡國家能源發展。探討我國西北風電規模化開發地區棄風問題的途徑，可借鑑丹麥的做法，彌補風電不穩點的缺陷，加強電網基礎設施建設等。
6．據統計，近年我國新增風電裝機容量、累計裝機量兩項指標均居世界第一。但與此同時，我國棄風限電現象也很嚴重。棄風限電，是指在風電發展初期，風機處於正常情況下，某些原因導致部分風電場風機暫停的現象。讀我國風能資源分布圖和國內煤電、風電平均成本比較表，完成下列問題。
成本電價（元/千瓦時）
環境成本（元/千瓦時）
完全成本（元/千瓦時）
煤電
0.4752
0.555
1.0302
風電
0.5744
/
0.5744
（1）分析內蒙古風能資源豐富的原因。
（2）簡述大力發展風力發電對內蒙古生態環境的積極影響。
（3）簡述內蒙古與浙江相比風電開發的制約條件。
（4）結合材料分析我國棄風限電現象較嚴重的原因。
【答案】
（1）距冬季風源地近；海陸熱力性質差異大，水平氣壓梯度力大；整體地形平坦，摩擦力小。
（2）風電是一種清潔能源，發展風電有利於改善能源消費結構，改善大氣環境；增加能源供應，減少對薪柴的需求，有利於植被保護，減輕土地荒漠化等。
（3）本地電力市場相對較小；風電開發資金受限；技術相對較弱。
（4）風能資源地區分布不均，風電生產與電力消費市場不一致；風力不穩定性導致風電不穩定；風電成本電價相對較高，煤電環境成本計算不到位；風電生產地當地市場小，電網建設不足等。
【解析】
第（1）題，內蒙古風能資源豐富的原因，即風力大、多風的原因，主要可從與冬季風源地的距離、水平氣壓梯度力和摩擦力的角度分析。第（2）題，大力發展風力發電對內蒙古生態環境的積極影響，可從風電部分替代化石能源對大氣環境的影響和利於保護植被等角度分析。第（3）題，與浙江相比，內蒙古開發風電的制約條件主要可從市場、資金、技術等角度分析。第（4）題，棄風限電的原因，可從能源的生產和消費地不一致、當地能源消費市場小、電網建設不完善、風電成本高等角度分析。
考點：內蒙古發展風電的原因、積極影響及制約因素。