助力风能,未来能源新方向

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  说到人类对风能的应用,印象最深刻的要数各种童话故事中的风车了,风车通过风能带动磨盘进行磨面。以前人类应用风能是因为没有其他能源能作为动力,而如今人们应用风能则是由于能源的缺乏。风能与动力工程专业的学生就是学习如何利用风能发电来解决能源危机的学问。
  人类利用风力发电的历史不长,却经历了几起几落。1887年到1930年,小容量的风电机组诞生,并在技术上基本成熟,得到了一定的推广和应用,这是风力发电的起步阶段。第一台风电机组由格拉斯哥大学安德森学院的教授James Blyth于1887年建于苏格兰。这台风力发电机有10米高,由帆布制作,Blyth将它安装在自己位于苏格兰的独家庄园,并配置了一套蓄电池组,这是世界上第一座由风电机组供电的房屋。1891年,丹麦教授Paul la Cour在阿斯科夫市建造了一个风力发电试验站。由于传统的风电机组转速较低,并不能充分利用风能,为了更好地利用风能,Paul教授进行空气动力学实验,研究出了叶片数和风能利用系数之间的关系,这是空气动力学第一次应用到风力发电。在Paul教授的推动下,风力发电在丹麦得到大量的应用。20世纪30年代,为降低风力发电的成本,欧美国家开始研制较复杂的大中型风电机组。1941年,世界上第一台兆瓦级风电机组在美国佛蒙特州的卡斯尔顿市并网发电。这台发电机采用两叶片结构,直接交流并网,其设计容量1.25MW,高53米,可以在47.9m/s以下的风速运行。从这时候起,风力发电技术有了较大的进步,但相对于廉价的化石能源,风电的价格存在较大劣势,发展缓慢。
  20世纪70年代,受石油危机的影响,能源价格大幅度上涨。风能的开发又重新得到各国政府的重视。风电机组进入商业化的时代。1980年,丹麦制造商开始设计自己的风电机组。丹麦的Nordtank公司在1980年开发的55kw风电机组使风力发电的成本下降了50%。美国、德国、西班牙、荷兰、中国也开始了自己的风电机组设计。到了21世纪,风电进入了迅猛发展的阶段。
  在这样的一个历史机遇前,风能与动力工程专业应运而生。该专业属于工学专业,是电气、机械、自动化等专业的融合体。2006年华北电力大学率先在全国首次设立了风能与动力工程专业,被誉为中国风电的“黄埔军校”。此外开设这个专业的还有河海大学、长沙理工大学、兰州理工大学、内蒙古工业大学、河北工业大学、北京科技大学等高校。除设置风能与动力工程专业外,其他高校还以多种形式参与到风电技术的研究中。2006年,北京交通大学成立“国家风能工程技术研究中心北京检测站”“北京交通大学新能源研究所”。该检测站是我国设立的首个风力发电工程技术检测站。清华大学核能与新能源研究所、沈阳工业大学风能技术研究所等多所高校的风电科研机构也承担了多项重大课题。
  风能发电是一个复杂庞大的体系。风能发电首先通过风力发电机将风能转化成电能。风电机组一般都架设在70-80米高处,必须等有塔架支撑风力发电机,而且风电机组必须时刻迎风。这就要求我们学习机械制图、理论力学、材料力学、结构力学、气象学、工程材料、机械设计、空气动力学、风力机等机械动力类课程。这些力学课程将是我们工作后设计风力发电机的基石。其次,为了使风能转化成电能。我们又要学习电路、电子技术基础、电力电子技术、电机学等电学课程。为了让产生出的电能顺利输送到用电单位,我们还得学习电网监控与调度自动化、风电场并网等课程。此外,由于风的不稳定性会造成电压的不稳定。为了能获得稳定的电压,我们必须人为地控制风车,使其在风力发电过程中匀速转动。而这部分问题的解决方案就藏在自动控制、单片机原理、plc编程等课程中。最后我们还有风电场建模与仿真,风电场规划与设计,风电场施工与管理等专业选修课。学习完这些课程,我们才可以真正出师了。
  风能与动力工程专业的学生可在发电公司、设计院、风力发电设备制造企业、风电场等单位从事风电场的技术研发、工程设计与规划、施工、运行与维护等工作,也可在高等院校和政府部门从事风力发电项目研发、新能源科学教育与研究、新能源技术与管理等相关工作。我的学长学姐们有进入粤电集团、龙源电力等发电公司的,也有进入上海电气等风机制造企业的。在风机设备制造行业领先的企业有新疆金风科技有限公司、华锐科技股份有限公司、国电联合动力等。发电公司有国电集团、华电集团、国华神华、粤电集团等。薪资待遇5万至8万年薪不等。在研究生阶段,该专业的学生可在可再生能源、电力系统及其自动化、自动化、热能与动力工程、流体机械等学科继续深造。风能与动力工程专业是一个朝阳行业,值得同学们报考。
  在环保意识越来越重要的21世纪,作为风能学子,贡献自己的力量给清洁能源,贡献自己的智慧给未来。
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