[风电] 风能利用形式和技术

　　风能利用形式主要是将大气运动时所具有的动能转化为其他形式的能量。风就是水平运动的空气，空气产生运动，主要是由于地球上各纬度所接受的太阳辐射强度不同而形成的。在赤道和低纬度地区，太阳高度角大，日照时间长，太阳辐射强度强，地面和大气接受的热量多、温度较高；在高纬度地区太阳高度角小，日照时间短，地面和大气接受的热量小，温度低。这种高纬度与低纬度之间的温度差异，形成了中国南北之间的气压梯度，使空气作水平运动。

　　理论上风应沿水平气压梯度方向吹，即垂直与等压线从高压向低压吹，但是地球在，自转使空气水平运动发生偏向的力，称为地转偏心力，这种力使北半球气流向右偏转，南半球向左偏转，所以地球大气运动除受气压梯度力外，还受地转偏向力的影响。大气真实运动是这两力的合力。实际上，地面风不仅受这两个力的支配，而且在很大程度上受海洋、地形的影响，山隘和海峡能改变气流运动的方向，还能使风速增大，而丘陵、山地却磨擦大使风速减少，孤立山峰却因海拔高使风速增大。 因此，风向和风速的时空分布较为复杂。比如海陆差异对气流运动的影响，在冬季，大陆比海洋冷，大陆气压比海洋高，风从大陆吹向海洋；夏季相反，大陆比海洋热，风从海洋吹向内陆。这种随季节转换的风，我们称为季风。

　　所谓的海陆风也是白昼时，大陆上的气流受热膨胀上升至高空流向海洋，到海洋上空冷却下沉，在近地层海洋上的气流吹向大陆，补偿大陆的上升气流，低层风从海洋吹向大陆称为海风 。

，夜间（冬季）时，情况相反，低层风从大陆吹向海洋，称为陆风。 在山区由于热力原因引起的白天由谷地吹向平原或山坡，夜间由平原或山坡吹向，前者称谷风，后者称为山风。这是由于白天山坡受热快，温度温度高于山谷上方同高度的空气温度，坡地上的暖空气从山坡流向谷地上方，谷地的空气则沿着山坡向上补充流失的空气，这时由山谷吹向山坡的风，称为谷风。夜间，山坡因辐射冷却，其降温速度比同高度的空气较快，冷空气沿坡地向下流入山谷，称为山风。

　　当太阳辐射能穿越地球大气层时，大气层约吸收2*10^16W的能量，其中一小部分转变成空气的动能。因为热带比亚热带吸收较多的太阳辐射能，产生大气压力差导致空气流动而产生风。至于局部地区，例如，在高山和深谷，在白天，高山顶上空气受到阳光加热而上升，深谷中冷空气取而代之，因此，风由深谷吹向高山；夜晚，高山上空气散热较快，于是风由高山吹向深谷。另一例子，如沿海地区，白天由于陆地与海洋的温度差，而形成海风吹向陆地；反之，晚上由陆地吹向海上。

　　地球吸收的太阳能有1%到3%转化为风能，总量相当于地球上所有植物通过光合作用吸收太阳能转化为化学能的50到100倍。 上了高空就会发现风的能量，那儿有时速超过160公里 (100 英哩160 km/h 100 mph)的强风。这些风的能量最后因和地表及大气间摩擦的力而以各种热能方式释放。

　　风的成因：因太阳照射极地和赤道的不均匀使得地表的不受热；地表温的速度较海面快；大气中同温层如同天花板的效应加速了气体的对流；季节/的变化；科氏效应；月亮的反射比率，形成了风。

　　风能可以通过风车来提取。当风吹动风轮时，风力带动风轮绕轴旋转，使得风能转化为机械能。而风能转化量直接与空气密度、风轮扫过的面积和风速的平方成正比。空气的质流穿越风轮扫过的面积，随着风速以及空气的密度而变化。举例来说，在15°C (59°F)的凉爽日子里，海平面空气密度为每立方米 1.22 公斤（当湿度增加时空气密度会降低）。当风以秒速8米吹过直径一百米的转轮时，每秒能够使1,000,000,000公斤的空气穿越风轮扫过的面积。

　　指定质量的动能与其速率之平方成正比。因为质流与风速呈线性增加，对风轮有效用的风能将会与风速的立方成正比；本例子中风吹送风轮的功率，大约为2.5百万。瓦特

　　因为风涡轮提取能量，空气减速，导致它对传播并且在风涡轮附近在某种程度上牵制它。 德国物理学家，Betz， 1919年确定风涡轮可能提取至多将否则流经涡轮的横断面的59%能量。 不管涡轮的设计， Betz极限申请。 最近的工作在一个理论极限大约30%旁边为推进器类型turbines。实际效率从1%范围到20%为推进器类型涡轮，并且是一样高像35%为三维垂直轴涡轮像 Darrieus 或Gorlov涡轮。有风变化，并且平均值为一个被测量的地点单独不表明风涡轮可能导致那里的相当数量能量。 要估计风速风土学在一个特殊地点，概率分布作用经常适合到被观察的数据。 不同的地点将有不同的风速发行。最频繁用于的发行模型塑造风速风土学是二参量 Weibull distribution 因为它能依照各种各样的发行形状，从高斯到指数。Rayleigh 塑造，例子，其中被密谋在右边反对实际被测量的数据集，是形状参量合计2 Weibull作用的一个具体形式和非常严密反映每小时风速的实际发行在许多地点。由于许多电能是由高风速所产生，可用的能量多来自瞬间大的风速。一大半可用的能量,却只有占运作时间的15%.所以无法像使用燃料的火力发电厂，可以依照用电需求来调整发电量。 由于风速并非常数,风力发电整年的发电量不是标示的发电率乘上所有的运转时间(一年内).实际产生的值与理论值(最大值)称为容量因子。安装良好的风力发电机，其容量因子可达35%.跟一般使用燃料的发电厂的涡轮机相比,标示1000kW的风力发电机，每年可发的电量最多到350kW.短时间的输出功率是难以预测,但每年发电量的变化应该几个百分比之内。 当储藏，如此的关于用唧筒抽水水力电气的储藏， 或其他形式的世代被用来 " 塑造 " 风力量 （借着保证持续的递送可信度），商业的递送代表大约 25% 的费用增加,屈从的有活力的商业表现。

　　风之强弱程度，通常用  风力等级来表示，而风力的等级，可由地面或海面物体被风吹动之情形加以估计之。目前国际通用之风力估计，系以蒲福风级为标准。蒲福氏为英国海军上将，于 1805年首创风力分级标准。先仅用于海上，后亦用于陆上，并屡经修订，乃成今日通用之风级。实际风速与蒲福风级之经验关系式为：

　　V= 0.836 * (B ^ (3/2))

　　B为蒲福风级数，V为风速（单位：米/秒）

　　一般而言，风力发电机组起动风速为2.5米/秒，脸上感觉有风且树叶摇动情况下，就已开始运转发电了，而当风速达28~34米/秒时，风机将会自动侦测停止运转，以降低对受体本身之伤害。