什么是风能?定义及其工作原理

风能是地球大气中自然流动的空气产生的电。作为一种不会因使用而枯竭的可再生资源，它对环境和气候危机的影响远小于燃烧化石燃料。

风能可以通过一些简单的东西来创造，比如一组8英尺长的帆，用来捕捉盛行风，然后转动石头，磨碎谷物(一个磨坊)。或者，它可以像一个150英尺长的叶片转动发电机那样复杂，发电机产生的电力存储在电池中或部署在电力分配系统上。甚至有bladeless风力涡轮机．

目前，在美国41个州、关岛和波多黎各有超过6万个风力涡轮机在运行。风在美国2009年产生了大约7％的电力。在世界范围内，它提供了大约6%的电力需求。风能正以每年约10%的速度增长，是包括中国、印度、德国和美国在内的许多国家减少气候变化和可持续发展计划的关键组成部分。

风能的定义

人类以各种方式使用风能，从简单的方式（它仍然用于将牲畜用水泵出来）到越来越复杂的 - 想到占据加利福尼亚州的公路580的山丘的成千上万的涡轮机（如图所示）。

任何风能系统的基本组件都相当相似。有一些尺寸和形状的叶片连接到驱动轴，然后是使用或收集风能的泵或发电机。如果风能直接用作机械力，如铣削谷物或泵送水，则是一个被称为风车;如果它将风能转化为电力，它被称为风力涡轮机。涡轮机系统需要额外的部件，例如用于蓄电的电池，或者它可以连接到电力线的配电系统。

当风首次被人类束缚时，没有人真正知道，但是风肯定被用作在埃及在埃及的尼罗河河上乘船5,000公元前5000年的河流。到200年中国人民在中国人们使用风力来电动简单的水泵，用手工编织刀片的风车用于研磨中东的谷物。随着时间的推移，在那里的各种食品生产中使用风泵和磨机，然后将概念传播到欧洲，荷兰建造了大型风泵，以排出湿地 - 从那里旅行的想法美洲。

风能基本知识

当太阳加热气氛时，风自然产生，从地球表面的变化，以及行星的旋转。然后由于水，森林，草地，草地和其他植被的影响和高程变化而导致风可以增加或减少。地形和速度差异很大，地形和季节性显着变化，但其中一些模式可预测到足以计划。

选址

放置风力涡轮机的最佳位置是圆形山丘的顶部，在开放的平原上（或海上风的开放水），风风自然漏洞（产生常规高风速）。一般来说，高度越高，由于较高的高度通常有更多的风。

风能预测是风力发电机组选址的重要工具。有各种各样的风速图和数据美国国家海洋和大气管理局(NOAA)或美国国家可再生能源实验室(NREL)提供了这些细节。

然后，应该做一个具体的现场调查，以评估当地的风条件，并确定最佳方向放置风力涡轮机的最大效率。在至少一年的时间里，项目将跟踪陆地上的风速、湍流和方向，以及空气温度和湿度。一旦确定了这些信息，就可以建造出可预测结果的涡轮机。

风力并不是安装涡轮机的唯一因素。风力发电厂的开发商必须考虑发电厂离输电线路(以及可以利用电力的城市)有多近;可能干扰当地机场和飞机交通;下伏岩石和断层;鸟类和蝙蝠的飞行模式;和当地社区影响（噪音和其他可能的效果）。

最大的风项目设计为持续至少20年，如果不是更多的话，因此必须在长期考虑这些因素。

风能类型

公用事业量表风能

这些都是大型风力项目，旨在为公用事业公司提供能源。它们在范围上与燃煤或天然气发电厂相似，它们有时会替代或补充燃煤或天然气发电厂。涡轮机的功率超过100千瓦，通常是成组安装，以提供大量的电力——目前这些类型的系统提供了美国7%的能源。

海上风力能源

这些通常是沿海地区的水域中计划的公用尺度风能项目。它们可以在大城市附近产生巨大的力量（这往往在美国大部分地区倾向于靠近岸边）。根据美国能源部的说法，风吹在近海地区的近海地区更持续，强烈吹嘘。根据该组织的数据和计算，美国海上风能的潜力超过2000亿瓦，是美国所有发电厂发电能力的两倍。在世界范围内，风能可以提供能源超过18倍世界目前使用的东西国际能源署(International Energy Agency)的数据显示。

小规模或分布式风能

这种类型的风能与上面的例子相反。这些风力涡轮机在物理尺寸上更小，用于满足特定地点或当地的能源需求。有时，这些涡轮机连接到更大的能源分配电网，有时它们是离网的。你会看到这些较小的安装(5千瓦大小)在居住环境中,他们可能提供部分或大部分家庭的需要,根据天气,和中型版本(20千瓦左右)在工业或社区网站,在那里他们可能是一个可再生能源系统的一部分,还包括太阳能、地热、或其他能源。

风能是如何工作的?

风力涡轮机的功能是利用某种形状(可以变化)的叶片来捕捉风的动能。当风吹过叶片时，它们就会扬起，就像扬起帆来推动船只一样。风的推动使叶片转动，移动它们连接的传动轴。然后，轴带动某种类型的泵——无论是直接在谷物上移动一块石头(风车)，还是将能量推入发电机，产生可以立即使用或存储在电池中的电力。

发电系统(风力机)的流程包括以下步骤:

风把刀片

理想情况下，风车或风力涡轮机位于有规律和持续风力的地方。空气流动推动特别设计的叶片，让风尽可能轻松地推动它们。叶片可以设计成在其位置的上风或下风处被推动。

动能转化

动能是来自风的自由能。让我们能够使用或存储该能量，需要改变为可用的电量形式。当风符合风车刀片并推动它们时，动能转变为机械能。然后叶片的运动变动驱动轴。

发电

在风力涡轮机中，旋转的传动轴与齿轮箱相连，齿轮箱使旋转速度提高100倍，从而带动发电机转动。因此，齿轮的旋转速度要比风推动的叶片快得多。一旦这些齿轮达到足够快的速度，它们就可以驱动发电机发电。

齿轮箱是涡轮机中最昂贵和最重的部分，工程师们正在研究可以低速运行的直接驱动发电机(所以它们不需要齿轮箱)。

变压器将电能

发电机所发的电是60周的交流电。根据当地需要，可能需要一台变压器将其转换成另一种类型的电力。

电的使用或储存

由风力涡轮机产生的电力可能在现场使用（在中小型风项目中更可能是真的），可以立即将其输送到用于输电线路，或者它可以存储在电池中。

更高效的电池存储是未来风能发展的关键。增加的存储容量意味着在风较小的日子里，从风较大的日子储存的电力可以补充它。风的可变性将不再是可靠的风力发电的障碍。

什么是风电场?

一个风力发电场是风力涡轮机的集合，形成一种类型的发电厂，通过风力发电。没有正式的数字要求一个装置被视为风电场，所以它可能包括几个或数百个风力涡轮机在同一地区工作，无论是在陆地或海上。

世界上五大风电场位于中国，该国有八大风电场，美国莫哈韦沙漠中的玛雅沙漠中的八大风能中心在印度完成前10名。

中国甘肃是世界上最大的风电场，发电量为6800兆瓦，但由于它距离最能使用电力的城市有1000英里，所以没有得到充分利用，这表明选择风电场地点时选址的重要性。

风能的利弊