风能

如今，科学家和研究人员正在寻找各种可再生能源，以用于发电。随着对转向可再生能源以满足世界总能源需求的日益增长的需求，各种可再生能源的使用也在增加。这就是为什么如今许多类型的可再生能源正变得越来越受欢迎。最流行的可再生能源类型是太阳能、风能、地热能、生物质能以及其他许多为全球可再生能源总消耗量贡献超过50%的能源。

在这些流行的可再生能源中，风能是世界上最清洁的能源之一。风能比许多其他可再生和不可再生能源更便宜、更安全。尽管如此，与其他人气高的可再生能源相比，风能的应用规模并不大，这是因为存在一些限制。但随着用于生产风电的技术的改进和进步，风能的未来看起来光明而充满希望。应该解决与风能相关的挑战，以便充分发挥风能的优势和好处。本文提供了风能、其未来、优势和发电技术的完整描述。本文还深入探讨了为什么风能尽管有许多优点，但仍未被用作主要的可再生能源，以及与之相关的限制因素。

风能简介

使用风力涡轮机产生的电能或能量被称为风能。通过涡轮机产生的风力可用于产生存储在大型发电机中的电。在所有流行可再生能源中，风能比其他能源更具可持续性，危害也更小。风能对环境的负面影响几乎为零，因此风能甚至被认为是种最清洁的可再生能源。与化石燃料或任何其他不可再生能源相比，风能生产的负面或有害影响非常小。用于风能生产的风力涡轮机所在地被称为风电场。这些风电场由连接到电力传输网络的单个风力涡轮机组成，通过该网络传输风能产生的电力。

2020年，风能在电力生产中的贡献率接近5%，而在全球总能源消耗中的贡献率约为2%。2020年风能发电总量为1600太瓦时。与前一年风能对电力生产的贡献相比，这是一个显著的增长。在全球总能源消耗中，2020年有100吉瓦的电力来自风能，这也高于前一年的贡献。在这100吉瓦的风能中，大部分是由中国生产的，中国也计划在未来几年将全球风能容量提高到730吉瓦（Gigawatts）。尽管取得了所有这些发展，风能在全球总能源消耗或电力生产总能源消耗中的占比仍然非常小。这应该在未来几年得到解决，以实现可持续能源贡献大幅增加的目标。根据一项研究，“如果世界要实现《巴黎气候变化协定》的目标，并真正希望对抗气候变化，就应该增加风能在总能源消耗中的比例。”

风能是可变可再生能源之一（电力供应不稳定的可再生能源），因此，为了增加风能的产量和贡献，必须解决能源和电力来源管理问题。在生产风能时，应使用风能的电力管理技术，以维持其供需链。有许多电力管理技术可用于风能生产规划，例如电网存储、发电机、从邻国进出口电力、地理上分散的风力涡轮机、过剩容量管理、水力发电或其他可调度电力来源、风电混合动力系统以及许多其他电力管理技术。随着风能生产区域的增加，风电场的电力和存储电网也需要相应地升级和增加。天气预报或预测也有助于风能生产的管理，并允许为电力网络做好准备。

尽管新的陆上（也称为陆地）风电场或发电厂比燃气或燃煤发电厂便宜得多，但对化石燃料及其发电厂的补贴阻碍了风能的大规模扩张。与任何其他发电厂相比，陆上风电场对占用土地的影响更为明显，因为风力涡轮机需要分布在更大的土地上。因此，风力涡轮机或风电场通常建在农村地区。许多小型陆上风电场可用于为孤立的离网地点提供少量电力，或向电网输送一些能量。尽管陆上风能正在扩张，但目前，海上风力发电场由于其较高的建设和维护成本而更为普遍。与陆上风电场相比，海上风电场对土地的视觉影响较小，并提供更强大、更稳定的能源。

风能与概念

运动空气的动能（也称为风）是利用风力涡轮机产生的风能。风电场产生的风能可以通过动能表达式来计算总发电量。在风在时间“t”内流过假定面积“A”的风电场产生的总风能可以通过以下表达式表示：

E = 1/2 mv2

**但是，** m = Avtp

**因此，** E = 1/2 (Avtp)v²

**或，E** = 1/2 Atpv³

在上述表达式中，使用了一些术语，其含义如下：

1. **p：** 用来表示“A”区域内流动的风的空气密度。”
2. 表达式“Avt”用于表示在给定时间“t”内通过特定面积“A”的空气体积。

在上述表达式中，可以看出质量表达式已被流动在该特定区域的空气的体积密度取代。这是因为以下规则：

**密度** = 质量/体积

**=> 质量** = 密度 × 体积

**因此，** 整个项“Avtp”用于表示在给定表达式中从特定区域流过的空气的质量。还可以从上述表达式推导出另外两个计算区域内的动能和风功率的表达式。下面由上述表达式导出的表达式可用于计算特定区域内的动能：

**动能 (KE)** = 1/2 pv²

**另外，** 除了这一点，还可以从上述风能表达式推导出计算该特定区域内产生的风功率的表达式。当空气密度为“p”的风在特定时间“t”内从特定区域“A”流过时，可以使用以下表达式计算该特定区域内产生的总风功率：

**风功率 (WP)** = 1/2 Apv³

**因为，功率 (P)** = 能量(E)/时间(t)

功率表示为每单位时间消耗或产生的能量，因此，可以根据上述风功率表达式计算给定A（如上所述的风力涡轮机的总转子面积）的风功率。当在开放空气流环境中计算风功率时，风功率与风流（风流速）的第三次方成正比，这意味着随着风流速的增加；风力涡轮机产生的风功率值也随之增加。**根据计算，**“当流经风力涡轮机的风的风速加倍时，风产生的风能会增加八倍。”

空气在地球表面因高低气压区域驱动而产生的运动称为风，这种运动在北半球和南半球有所不同。**根据对1979年至2010年南北半球总风能生产的研究，**“同期南半球生产的总风量比北半球生产的总风量高近25%。”大气在风能生产和维持半球风流中起着非常重要的作用。它像一台蒸汽发动机，在较低温度下释放热量，在较高温度下吸收热量。这个过程在摩擦力作用下维持大气的循环，因为它负责产生风的动能。此外，还可以通过风资源评估来计算特定地点、区域、国家或全球的风能潜力。风能领域的许多专家级商业供应商都提供特定地点的、更详细的风资源潜力评估。与“静态”风资源不同，市场上还出现了许多新一代工具，这些工具是更先进的工具。这些工具用于不同的风力涡轮机模型，以提供每小时分辨率的实时变化的風功率和能量输出模拟。如今，许多大型风力开发商也开发了内部建模能力来计算风能潜力。

注意：“静态”风资源用于通过估计多年平均功率密度和风能来计算风能潜力。

**根据一项科学研究，**“目前经济上可提取的风能总量远超人类目前所有能源的总使用量。”给定地理位置风电场产生的风能的强度和潜力随风流和风速而变化，因此风能的总产量全年不同。这使得风能成为一种不太可靠的能源，但如上所述，借助某些计算和工具，可以计算给定时间特定区域的风能潜力。由于不同的风速分布，不同区域的风能生产潜力不同。

风电场

风电场，也称为风力发电站，是一种风力发电厂或能源，从中产生风能，然后用于发电。风能农场简称风电场，之所以称之为农场，是因为这些场地产生的风能数量。风电场也被称为风力发电厂，因为在这些场地，风力涡轮机成群地出现在同一地点，并且它们都安装在那里以产生大量的电力。通常，这种趋势可以在传统发电厂中看到，因此，这些风电场也称为风力发电厂或风力发电站。风电场的大小各不相同，可以从只有少数几台风力涡轮机空间或现场安装了少数几台风力涡轮机的风电场，到安装了多台风力涡轮机的大型风电场。大型风电场的可用空间远大于小型风电场的可用空间。根据风力涡轮机、场地或可用空间的不同，风电场有很多类型，但通常，风电场只分为以下两种类型：

1) 陆上风电场

2) 海上风电场

陆上和海上风电场都可以安装大量风力涡轮机，并且有足够的空间通过这些风力涡轮机产生的风能来发电。除此之外，风电场中两台风力涡轮机之间的土地可以用于农业或其他用途。利用风力涡轮机之间的空间有助于减少风能生产中面临的挑战。人们可以利用这些空间进行所有与农业相关的活动、种植某些特定树种、铺设道路、发展畜牧业以及许多其他用途。

安装或位于风电场内的风力涡轮机通过低压或中压（通常为34.5 kV）的互联电力连接系统相互连接。除了这个电力连接系统外，还使用通信网络来互联风电场内的所有风力涡轮机。装有所有此类互联网络的风力涡轮机可以在海上和陆上风电场类型中找到。风电场值得深入研究，只有进行风电场实地考察才能帮助学生和学习者在该领域获得专业知识。随着对可再生能源需求的增长以及对现有可再生能源风能依赖性的增加，风电场的数量也在不断增加。

风能：优点与益处

风能是当今最流行的可再生能源之一，用于发电，且不对环境造成影响。风能具有无数的优点，表明风能具有成为主要可再生能源的巨大潜力。风能总的来说，也有巨大的潜力，在世界总发电量中占有重要地位。因此，投资者对投资那些致力于寻找更安全、更便宜的全球风能利用技术的公司或技术非常感兴趣。这是因为风能的利用因其巨大的优势而始终具有吸引力。是的，风能确实提供了多种优势，而不仅仅是一种流行的可再生能源。因此，在过去二三十年里，风能的需求和产量迅速增加。如今，许多大公司甚至一些国家都非常热衷于投资风能和该领域的新兴技术，以大规模提高风能的总体产量。风能具有许多优点，包括免费的能源、耐用性等等，这使得风能成为一种杰出的可再生能源，应该被积极看待。

**在所有可再生能源中，将风能作为主要能源用于发电有许多优点和好处，** **其中一些优点如下：**

(1) 免费燃料

风能是一种可再生能源，与其他许多可再生能源类似，风能也是一种免费燃料，可以促进一个国家的经济发展。风能对每个人都是免费的，对通过风流产生的风能不收取任何费用。风能成本中可能只包含一些费用，但由于这些费用是一次性的，并且相对于风能的长期效益而言非常微不足道，因此风能被称为一种绝对免费的能源。位于任何陆上或海上风电场的风力涡轮机不需要任何人工或技术协助，仅通过流经农场的风来生产能源。涡轮机产生的风能仅需要风来转动涡轮机的叶片，以便通过这些涡轮机产生风的动能。这意味着风力涡轮机和发电机的安装成本是风能生产所需的投资，与从风能生产中获得的收益相比，这笔成本非常小。随着风电场风能产量的增加，成本比例也会降低。

(2) 促进经济发展

风能是一种免费能源，只需一次性投资安装风力涡轮机和发电机。因此，它节省了一个国家中央政府在发电方面的资金，并降低了普通民众的每单位电力价格。通过这种方式，风能被证明是可以通过节省风能生产的年度开支来促进国家经济发展的关键来源。一个国家的中央政府可以将这些节省下来的开支用于其他重点领域，这将不仅帮助政府发展这些领域，还将帮助它们从这些领域获得最大收入。通过这种方式，风能的生产直接和间接地促进了一个国家的经济发展。

(3) 最清洁的能源形式之一

当同时考虑可再生和不可再生能源时，风能也被称为最清洁的能源形式之一。风能被称为最清洁的能源，因为这种能源的生产和产生不会向环境释放任何有害物质。在风能生产过程中释放的任何有害物质或化学物质，或从风能产生的电力，很少有报告。

(4) 对环境友好

风能被称为少数对环境友好且不对环境构成任何威胁的能源之一。除此之外，风能还被称为最清洁的能源之一，因此大多数环保人士也偏爱风能。这些环保人士一直支持大规模生产风能，并且可能是即将枯竭的化石燃料的最佳替代选择（如果按目前消耗速度继续下去，在接下来的30-40年里，世界上将不再有化石燃料）。与其他人和不可再生能源相比，风能对环境造成的威胁要小得多。与风能提供的益处相比，风能产生的有害影响微不足道。

(5) 不影响农田

风电场中两台风力涡轮机之间的土地可以用于农业或其他用途。利用风力涡轮机之间的空间有助于减少风能生产中面临的挑战。人们可以利用这些空间进行所有与农业相关的活动、种植某些特定树种、铺设道路、发展畜牧业以及许多其他用途。技术进步提供了在风电场上设置风力涡轮机的选项，例如农田和农业用地。

(6) 减少对化石燃料的依赖

正如前面提到的，风能可以是即将枯竭的化石燃料的最佳替代选择；它可以帮助减少对它们的依赖。在未来30-40年内，化石燃料将耗尽，届时，世界将需要寻找最佳的替代可再生能源。届时，风能可能是满足世界发电能源需求的最佳选择。

这些是将风能作为所有可再生和不可再生能源中发电的主要能源的优势。

风能：缺点与局限性

尽管风能具有潜力，但其增长缓慢的主要原因是与风能相关的局限性和挑战。与风能生产相关的一些主要缺点或局限性如下：

** (1)** 由于快速的森林砍伐，风能对野生动物构成巨大且多重威胁

** (2)** 虽然风力涡轮机在产生风能方面最清洁，但通常会发现它们非常嘈杂并造成噪音污染

** (3)** 安装风力涡轮机或建立风电场会产生过多的费用和破坏

** (4)** 产生风能非常不可靠且非常不可预测

这些挑战应该在未来几年得到解决，以便风能的生产率能够显着提高，并且世界对这种可再生能源的依赖性可以增加。