風能發電早已不是新聞,有報道稱風車的歷史可以追溯到公元前200年。一開始只是利用能源小規模的進行嘗試,到今天,已經發展出了以兆瓦為計算單位的生產機器。隨著技術的發展,人類現在的風力發電技術比任何時候都更有效率。我們在更大,更廣闊的范圍內收集清潔的,可再生的能源。但是這對那些小型的風能系統來說意味著什么,或者,我們應該將他們淘汰么?
在更多的情況下,大型的渦輪機或許已經代替了那些小型的,但是這并不意味著所有的情況。全球中小型風力渦輪機市場 (SMWT) 預計到2015年會擴大一倍,特別是在發展中國家,銷售額可達到6.34億美元。
除了對環境的好處 (節省燃油運輸成本以及輸電線路),中小型風力發電系統最大的優勢就是可以根據其靈活性,將其納入住宅和社區。他們可以獨立進行工作,也可以很輕易地集成到系統中與太陽能發電設施一起工作 (甚至是柴油,如果需要的話,可以減少一些影響),或者是儲氫系統。
最近發展的一些風-氫轉換和儲存技術為這種合作運行提供了一個很好的例子。從一個更大的角度來說,國家可再生能源實驗室(NREL)在科羅拉多的國家風能技術中心啟動了一個風-轉換-氫(Wind2H2)的示范項目。該項目將風機與電解裝置相連接,電解裝置通過水將風力產生的電能分解為氫氣和氧氣。然后,氫氣可以被儲存起來,用于內燃機或燃料電池(www.nrel.gov)發電。就小規模分布式風能系統來說,上訴描述也是有可能實現的。舉個例子,東歐的研發人員一直致力于開發分布式,社區型,風力發電系統,這些系統可以覆蓋幾個村莊,同時需要結合氫能和燃料電池的幫助。
舉個更加貼近我們生活的例子,燃料電池科技辦公室,作為美國能源部(DOR)和能源效率和可再生能源組織的重要組成部分,正在尋找一些有關與H-Prize競賽的潛在信息,其中包括家庭加氫系統,這將加速H-Prize的進一步發展,同時促進氫能源科技的商業應用。這些系統將被設計用來生產家庭用汽車的氫氣燃料,以現有的居民運輸設施為基礎,競賽獎勵為100萬美元。
現在想象一下,有一個系統,將氫氣發生器與分布式小型風力渦輪機相連接, 他可以提供高效的,環保的混合動力系統,同時包括了能量儲備及能量補充系統。由于風能的性質是間歇性的,而非連貫的,風力的儲存往往是容易被忽視的環節,該系統填補了風能儲備的缺口,為在風能不足時持續供應電力提供了可能。
有了正確的技術支持,中小型風力渦輪機可以在小規模范圍內展現出與大型渦輪機一樣的優勢,當然,這都取決于不同的項目。事實上,在一個系統的生命周期內,就千瓦時為計算單位而言,小型的風能系統比小型的PV和小型的水利系統的成本更低(www.ruralelec.org)。在2011年,美國風能協會 (American Wind Energy Association) 估算出了美國小型風力渦輪機的成本為每千瓦6040美元,較2010年增長了11% (www.awea.org)。當然,那些對此感興趣的社區和團體需要承擔這些費用,但是在某些情況下,政府會鼓勵開展這些項目,并對實行這些項目的個體進行幫助 (幾乎每個州政府都出臺了激勵舉措,詳情情參考www.dsireusa.org)。
對風能的有效利用
為了方便配電,社區型風力發電項目一般都靠近住宅社區,直接為終端用戶提供電力。具體的供電規模取決于社區對電力的需求,一般來說,這種項目都是小規模的, 會包含幾個小型風力渦輪機,這些風機比較適合用于居民住宅,農場,商業區和公共區域,可以在小規模范圍內提供穩定的電力。
農業/農場對風能的應用
現代農場通常都會用到各式各樣的機械設備——從拖拉機到卡車,甚至是小型農用飛機。這些機械設備都是需要消耗能量的,一個理想化的情況就是,我們為這些農場配上風力發電系統,使其在能源供給上實現自給自足。與此同時,美國農業部提出了“美國農村能源計劃”,該計劃為這些農場提供撥款和其他資金幫助。除了滿足自身的能源需求,農場主們也可以通過向當地電網出售多余的電力來獲取利潤。
偏遠的鄉鎮地區對風能的應用
照比農村地區,偏遠的住宅和商業區更應該引進社區型風力發電項目,以此來節省電力傳輸的基礎設施建設成本。一般來說,小型社區可以對該系統進行投資建設,并且對其中的一些細節保有決定權。在這些地方,混合系統是極其重要的,尤其是那些需要重視能源儲存的地方。舉個例子來說,如果制氫機和儲罐能夠得到有效的利用,供應鏈就會趨于穩定,居民就不需要擔心成本和電力過度消耗的問題。
城市地區對風能的應用
對于基礎設施比較發達的城市地區來說,風力發電設備看似只能起到輔助的作用。然而,在不久的將來,隨著氫動力公共交通工具的流行,加氫站會變得越來越重要和受歡迎。小型的風力發電系統可以供應制氫機所需要的電力。
商業活動區對風能的應用
由于商業區的能源應用密度特點,這些地區所要配置的風力發電設備需要稍微大一些,其目的不僅僅是為了滿足商業活動區對能源的實際需求,并且可以將剩余的能源出售給電力公司。雖然較大的設備成本相對更高,但是相對于小型設備來說,每千瓦時的成本隨之降低了。在環境保護工程,低成本能源,能源安全以及經濟增長方面,小型分布式社區型風力發電項目有著巨大的潛力。其特點之一的靈活性,使其非常適用于特定的地點,場所,社區,并且其兼容性使得他可以在混合系統中占有一席之地。

