风能

风能主要应用为风力发电，系利用风提供能量，以带动风力发动机运转；另可用于非电力应用，例如帆船、风车等。在电力应用普及以前，人们就懂得利用风能，例如在公元前人们就已经用帆船横渡大海，另外会利用风车来磨碎谷物或抽水。现今风能已为全球电力供应的主要来源之一，根据BP（BP公众有限公司）的估计，2018年，全球风力发电占全球总发电量4.8%，并为欧盟提供了14%的电力。风是一种间歇性能源，无法根据需求而增减发电，不能作为基载电力来源。但风能量丰富、分布广泛、碳排放相较于火力发电低甚多，为许多国家积极推动的可再生能源技术之一。估计地球所吸收的太阳能有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）的强风。这些风量最后和地表及大气间摩擦，而以各种热能方式释放。空气流动具有的动能称风能，空气流速越高，动能越大。用风车可以把风的动能转化为有用的机械能，而用风力发动机可以把风的动能转化为电力，其原理为透过传动轴，将转子（由以空气动力推动的扇叶组成）的旋转动力传送至发电机。风能是风的能量转换成可利用的能量形式，例如使用风力涡轮机产生电力、风车产生机械动力、风泵抽水或排水，或风帆推动船。在现代，涡轮叶片将气流的机械能以发电机转为电能。风能可以通过风车来提取。当风吹动涡轮时，风力带风车动绕轴旋转，使得风能转化为机械能。而风能转化量直接与空气密度、涡轮扫过的面积和风速的三次方成正比。风吹过风机涡轮（Wind Turbine）而使得风速减弱，这也限制了涡轮可提取的能量。风能利用技术的不断革新，使这种丰富的可再生能源正重放异彩。据估计，二三十年内，风力发电量将要占欧盟总电力供应约30%左右。风力发电机又可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机，垂直轴风力发电机又分为几种，譬如Darrieus（英语：Darrieus wind turbine）风机或Gorlov风机。1919年，德国物理学家贝兹（英语：Albert Betz）认为，不管如何设计涡轮，风机最多只能提取风中59%的能量，此称为贝兹极限定律（英语：Betz's law）（Betz Limit）。现今正在运作的风力发电机所能达到的极限约为40%。大多数风力发电机实际效率范围从20%到40%。因为自然界中的风速常变化，并且给定地点所得的潜势风能（Potential Wind Energy）并不代表风力发电机在该处实际可以产生的能量。为了估计在某一特定位置的风速频率，必须使用风速几率分布函数来分析该地的风速历史数据。风力发电最常用的风速几率函数为韦伯分布（Weibull Distribution），可较准确地反映在各个地点每小时的风速几率分布。韦伯分布中形状参数 k=2 时便是瑞利分布（Rayleigh Distribution），瑞利分布的另一参数可由平均风速来换算，因此常被作为一个较粗略但更简单的几率模型。因为地表附近，高度愈高，风速愈大。而风能是与风速的三次方成所正比，所以风机高度愈高，发电量愈多，因此现今有许多风机的高度都超过100米。因为自然界中的风速并不稳定，所以无法像使用燃料的火力发电厂一样，可以依照用电需求来调整发电量。因此风力发电整年发电量的计算方法与其他能源不同。安装良好的风力发电机实际的发电量可达40%，跟一般使用燃料的发电厂的涡轮机相比（1000kW的风力发电机），每年可发电量最多可到400kW。虽然风能输出的功率是难以预测的，但每年发电量的变化应在几个百分比之内。而在地球表面一定范围内，经过长期测量、调查与统计得出的平均风能密度的概况，通常以密度线标示在地图上。因风能不能持续产生，常以抽水蓄能电站或其他方法来储存风能以保持电力能持续供应，这大约增加25%费用。但数千年来，风能技术发展缓慢，没有引起人们足够的重视。但自1973年第一次石油危机以来，在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，风能作为新能源的一部分才重新有了长足的发展。风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力，特别是对沿海岛屿，交通不便的偏远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，有着十分重要的意义。即使在发达国家，风能作为一种高效清洁的新能源也日益受到重视，比如：美国能源部就曾经调查过，单是德克萨斯州和南达科他州两州的风能密度就足以供应全美国的用电量。2003年美国的风力发电成长就超过了所有发电机的平均成长率。自2004年起，风力发电更成为在所有新式能源中已是最便宜的了。在2001年风力能源的成本已降到20世纪6、70年代时的五分之一，而且随着大容量发电机的使用，下降趋势还会持续。25,081,588GWh 资料来源:IEA风力发电自80年代开始受到西方各国重视以来，至今全球风力发电量每年快速成长，在2016年已成为全球各类电力来源第5大</ref>。全世界以风力产生的电力在2008年共约2,192亿度，当年风力供应电力占全世界用电量的1%，在2014年时全球风力发电量已增长到占全球总发电量3%，2018年已占全球总发电量4.8%。风能对大多数国家而言还不是主要的能源，但在2000年到2015年之间已经成长了二十四倍。百万瓦（MW）百万千瓦时（GWh）2020年各国再生能源占发电量比例之目标：目前世界各国的可再生能源推动制度，主要可分为：两种推动制度之用意为形成保护市场，透过政府的力量让可再生能源于电力市场上更具投资效益，而其最终目的为提升技术与降低成本，以确保可再生能源未来能于自由市场中与传统能源竞争。风力发电厂（Wind Farm）是在同一地点的一群风力发动机用来产生电力。一个大型风力发电厂可能包括几百个独立的风力涡轮机，并覆盖数百平方英里的扩展区域，但在涡轮机之间的土地仍然可用于农业或其他用途，但是许多机种都有噪音过大的问题、因此必须远离住家。风力发电厂既可以位于在陆地上，也可以位于在海洋上。一间大型的风力发电厂可以由连接输电系统的数百台风力发动机组成。