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Ng Ho Lun (Roland)

Chan Wai San (Winston)

大綱大綱•使用風力發電的原因使用風力發電的原因

-- 能源危機能源危機-- 現有發電方法帶來的問題現有發電方法帶來的問題

•不同地區可再生能源的趨勢不同地區可再生能源的趨勢•風力發電的優勢風力發電的優勢•建設風力發電站的位置建設風力發電站的位置•數學模型數學模型

香港也用風力發電 ?

http://ihouse.hkedcity.net/~hm1203/eco-activities/energy-wind.htm

為何要用風力發電 ???

香港現時使用的能源 :

- 主要以燃燒化石燃料 ( 例如煤、石油和天然氣 ) 來發電

化石燃料並非用之不竭

http://content.edu.tw/junior/phy_chem/ty_lk/sir/content/cpha/cpha5/cpha51.htm

化石燃料還有多久會被耗用呢化石燃料還有多久會被耗用呢 ??

根 據 美 國 能 源 局 估 計 ， 化 石 燃 料 的 耗 用 情 況 如 下 ：

能源種類

估計存量

估計耗盡需時

( 單位 :年 )

估計可用量：

中期 (2007 – 2017)

估計可用量：

長遠 (2017 – 2047)

石油 10,529 兆桶 41 中等 低

天然氣

146 兆立方

米63

中等至高 中等

煤 9,842 兆噸 218 高 高

http://www.greenpower.org.hk/new/blue2/c_blue_cat_4_fossil.html

不良的影響更甚者 , 燃燒化石燃料對地球及人類產生不良的影響 :

--- 全球暖化

--- 產生空氣污染物 ( 例如 : 二氧化硫 )

--- 損害經濟發展

http://www.ce.wsu.edu/LAR/image/Pollutant_Transport_and_Dispersion.JPG

有見及此 , 全球除了節約能源之外 , 還要尋求其他的能源資源 :

其他能源

1.風能

http://images.google.com.hk/imgres?imgurl=http://www.nrel.gov/clean_energy/images/00664.jpg&imgrefurl=http://www.nrel.gov/clean_energy/whatis_re.html&h=163&w=190&sz=42&tbnid=birik0PI6mMJ:&tbnh=83&tbnw=97&start=12&prev=/images%3Fq%3Drenewable%2Benergy%26hl%3Dzh-TW%26lr%3D%26sa%3DN

其他能源2. 水能

http://images.google.com.hk/imgres?imgurl=http://www.nrel.gov/clean_energy/images/00664.jpg&imgrefurl=http://www.nrel.gov/clean_energy/whatis_re.html&h=163&w=190&sz=42&tbnid=birik0PI6mMJ:&tbnh=83&tbnw=97&start=12&prev=/images%3Fq%3Drenewable%2Benergy%26hl%3Dzh-TW%26lr%3D%26sa%3DN

And so on.

其他能源3. 太陽能

http://images.google.com.hk/imgres?imgurl=http://www.nrel.gov/clean_energy/images/00664.jpg&imgrefurl=http://www.nrel.gov/clean_energy/whatis_re.html&h=163&w=190&sz=42&tbnid=birik0PI6mMJ:&tbnh=83&tbnw=97&start=12&prev=/images%3Fq%3Drenewable%2Benergy%26hl%3Dzh-TW%26lr%3D%26sa%3DN

--- 由天然過程產生並可不斷補充的能量

--- 環保

可再生能源

有關可再生能源的政策

國家國家 // 地區地區 佔總發電量佔總發電量 目標年份目標年份法國法國 21%21% 20102010

德國德國 20%20% 20202020

日本 日本 11%11% 20102010

中國中國 10%10% 20102010

香港香港 3%3% 20222022http://www.takungpao.com/news/2004-12-12/_IN-340977.htmhttp://www.etdc.org.tw/ele-news/ele-0049.htm#news-6http://www.susdev.org.hk/b5/paper/paper_ch3.asp

香港可採用風力發電。

風力發電的優點 :1.可再生的潔淨能源

2.建設周期短

3.裝機規模靈活

4.可靠性高

5.造價低

6.運行維護簡單http://www.nrcan.gc.ca/es/etb/cetc/cetc01/images/wind_turbine_vestas.jpg

風力發電站應建在哪裡呢？

香港天文台監測站將軍澳

資料精確度不足 !

3vP

功率 風速

smv

smv

/7

/6

2

1

例子 :

63.07

633

2

1

2

1

v

v

P

P

以此例子 , 風速相差 1m/s, 所產生的功率只及當中的 60% 。

需要更精確的資料 !!!

數學模型

Mathematical Model

例如 : 風速

風向…

甚麼是數學模型 ?數學結構

對象 : 香港的風能

目的 : 全香港的風力場分佈

作用 : 解釋、預測、提供最優决策

牛頓第二定律

F = m a

例子 :

力 加速度 運動

風

氣壓的不同

溫度的不同

空氣的流動

數學模型

•較為複雜•涉及流體力學的知識

風力場的分佈

微分方程•初始條件•邊界條件• Initial Conditions• Boundary Conditions

甚麼是初始條件呢 ?

例子 : adt

Sd

2

2

Batdt

dSv

CBtatS 2

2

1

---B 和 C是常數

--- 要求出 B和 C, 就要提供初始條件 :

0,00 , SSvvtt

mSsmvst 0,/0,0)1( mSsmvst 10,/5,5)2(

-位移 時間關係圖

0100200300400

/s時間

/m位

移

(1)B=0m/s,C=0m (2)B=5m/s,C=10m

c

(A)(A)地面數據地面數據(( 資料由地政署提供資料由地政署提供 ))

•地形高度地形高度

土地用途土地用途 ::

-- 地面參數包括地面參數包括 :: (1)(1) 地面平滑度地面平滑度 (2)(2) 反照率反照率 (3)(3) 土壤熱流量參數土壤熱流量參數 (4)(4) 植物覆蓋面積指數植物覆蓋面積指數

(B)(B) 高空氣象監測資料高空氣象監測資料

(1) 風速(2) 風向(3) 氣溫(4) 氣壓(5) 高度

由天文台每天收集兩次8:00am 及 8:00pm

1 March 2003 (UTC + 0)

Pre

ssure

高空氣象監測資料高空氣象監測資料 8:00am8:00am

1 March 2003 (UTC + 0)

Pre

ssure

高空氣象監測資料高空氣象監測資料 8:00pm8:00pm

(C)(C) 地面氣象監測資料地面氣象監測資料•由天文台每小時收集一次由天文台每小時收集一次•全港共有四十多個監測站全港共有四十多個監測站

地面氣象監測站收集資料包括地面氣象監測站收集資料包括 ::

(1) (1) 風速風速(2) (2) 風向風向(3) (3) 氣溫氣溫(4) (4) 氣壓氣壓(5) (5) 高度高度(6) (6) 雲量雲量(7) (7) 相對濕度相對濕度(8) (8) 降雨量降雨量

數學模型數學模型(mathematical Model)(mathematical Model)•地面數據資料地面數據資料• 高空氣象監測資料高空氣象監測資料• 地面氣象監測資料地面氣象監測資料

Distribution of surface stations and sounding stations

Surface weather station Sounding data

模擬香港的風力場

測試的精確度測試的精確度

•比較以下三個站的模擬結果和實際比較以下三個站的模擬結果和實際錄得的監測結果錄得的監測結果– 大帽山 大帽山 (TMS)(TMS)– 西貢 西貢 (SKG)(SKG)– 長洲 長洲 (CCH)(CCH)

大帽山 大帽山 ( 風速 )

大帽山 大帽山 ( 風向 )

西貢西貢 ( 風速 )

西貢西貢 ( 風向 )

長洲長洲 ( 風速 )

長洲長洲 ( 風向 )

鳴謝鳴謝•香港科技大學數學系 ---Prof. Jimmy Fung ---Mr. Steve Yim•香港科技大學物理系 ---Prof. Micheal Wong ---Mr. Jack Lee•香港科技大學教學促進中心 ---Miss Christine Chow

完

http://physics.ust.hk/genphys