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大綱 使用風力發電的原因 -能源危機 -現有發電方法帶來的問題 不同地區可再生能源的趨勢 風力發電的優勢 建設風力發電站的位置 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?

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 煤 9,842 兆噸 218 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

其他能源 風能 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: 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

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 And so on.

可再生能源 ---由天然過程產生並可不斷補充的能量 ---環保

有關可再生能源的政策 國家/地區 佔總發電量 目標年份 法國 21% 2010 德國 20% 2020 日本 11% 中國 10% 香港 3% 2022 http://www.takungpao.com/news/2004-12-12/_IN-340977.htm http://www.etdc.org.tw/ele-news/ele-0049.htm#news-6 http://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: 可再生的潔淨能源 建設周期短 裝機規模靈活 可靠性高 造價低 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？

將軍澳 香港天文台監測站

資料精確度不足!

功率 風速

例子: 以此例子, 風速相差 1m/s, 所產生的功率只及當中的 60%。

數學模型 Mathematical Model 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

例子: 牛頓第二定律 F = m a 力 加速度 運動

風 空氣的流動 氣壓的不同 溫度的不同

風力場的分佈 數學模型 較為複雜 涉及流體力學的知識

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: ---B和C是常數 ---要求出B和C,就要提供初始條件:

地面數據 (資料由地政署提供) 地形高度

土地用途: -地面參數包括: (1)地面平滑度 (2)反照率 (3)土壤熱流量參數 (4)植物覆蓋面積指數

(B)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

高空氣象監測資料 8:00am 1 March 2003 (UTC + 0) Pressure

高空氣象監測資料 8:00pm 1 March 2003 (UTC + 0) Pressure

(C)地面氣象監測資料 由天文台每小時收集一次 全港共有四十多個監測站

地面氣象監測站收集資料包括: (2) 風向 (3) 氣溫 (4) 氣壓 (5) 高度 (6) 雲量 (7) 相對濕度 (8) 降雨量 (1) 風速 (2) 風向 (3) 氣溫 (4) 氣壓 (5) 高度 (6) 雲量 (7) 相對濕度 (8) 降雨量

數學模型 (mathematical Model) 地面數據資料 高空氣象監測資料 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 比較以下三個站的模擬結果和實際錄得的監測結果 大帽山 (TMS) 西貢 (SKG) 長洲 (CCH)

大帽山 (風速) 大帽山 (風向)

西貢(風速) 西貢(風向)

長洲(風速) 長洲(風向)

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

http://physics.ust.hk/genphys 完