风能fēng néngэнéргия вéтра;ветроэнергéтика

风能wind energy

空气流动时的动能。由于地球表面各处吸收太阳辐射能不均匀，引起空气密度不等和地球自转的结果产生空气流动而形成风。埃及和中国利用风能已有3000年以上历史，主要用于船舶航行，农副产品加工和提水动力；14世纪荷兰人利用风车排除沼泽地积水和灌溉莱茵河三角洲；19世纪丹麦风力机工业较发达；1870年低速风力机首先出现于美国，以后为各国所采用。
风能的利用是由风速和风向决定的。利用的困难是不稳定和能量密度低。风速不仅有年、月、日的变化，在短时间内也会产生脉动。这一固有的缺点，加上大型风力机成本高，在一段时间内无法和廉价的矿化燃料竞争。20世纪70年代石油危机后，风能利用又重新得到重视，随着空气动力学、材料工艺、控制计算技术的不断发展，大型风力发电机相继问世，为在风能丰富地区的风力发电开拓了前景。
中国风能分布 按平均风能密度、有效风能密度、可利用小时数等而绘制的中国10米高度处的风能潜力，如图1、图2所示。
由图1、图2可将全国分为风能丰富、较丰富、可利用和贫乏四个区，其指标如表所示。

中国风能分区及占全国面积百分比

区划 指标	丰富区	较丰富区	可利用区	贫乏区
年有效风能密度 (瓦/米2)	≥200	200～150	150～50	≤50
年3～20米/秒 累积小时数	≥5000	5000～4000	4000～2000	≤2000
年6～20米/秒 累积小时数	≥2200	2200～1500	1500～350	≤350
占全国面积百分 比	8	18	50	24

图1 中国风能有效能量密度分布图(瓦/米²)

中国风能丰富区主要分布在东南沿海、内蒙阴山山脉以北的广大地区、松花江下游地区、山东半岛和辽东半岛的沿海，以及内陆的一些山口峡谷地区，如新疆的达板城、阿拉山口等，仅占全国面积的8%。较丰富区分布在东部沿海、三北(东北、华北、西北)地区的北部以及青藏高原的北部，约占全国面积的18%。可利用区的面积约占全国总面积的50%，这一地区在冬半年风速较大， 夏半年风速较小， 亦可称为季节利用区，分布在辽河下游、黄河、淮河流域、长江上下游以及广东、广西沿海、青藏高原东北部和南部、南疆大部和大兴安岭地区。贫乏区以四川为中心向外扩展，包括陕西南部、湖北和湖南的西部、云贵高原的一部分，以及广西、广东、福建的山地，雅鲁藏布江河谷和塔里木盆地。
风的能量计算 按动能公式计算如下：

式中 W为风能（瓦）;m为空气的质量（千克）;v为气流速度(米/秒);ρ为空气密度(千克/米³),A为气流垂直流过的截面积(米²)。
单位时间内垂直通过单位截面积A的风能称为风能密度，将公式(1)除以面积A，即得风能密度：

一定时间内的平均风能密度按下式计算：

式中 为平均风能密度；v为对应t时刻的风速；T为总的时间周期；ρ为空气密度。
当已知在T时间内风速v的概率分布ρ(v)，平均风能密度可根据下式求得：

风力机启动风速和可利用的最大风速（切断风速）之间的风速称为有效风速， 一般利用范围为3～20米/秒。
风速随地形高度有很大的变化。在近地处，这种变化遵循指数公式，即：

式中 v₁为参考高度Z₁高度处的风速；v_n为Z_n高度的风速；α为指数，其值随着地面粗糙度的增加而增大，一般在0.10～0.33。
一般风速是指在10米高度处的数值，根据这一高度的风速，便可推求任何高度的风速。由于风能大小与风速的三次方成正比，如果风速增加一倍，风能就是原来的8倍，因此适当提高风力机塔架的高度是增加风力机输出功率最廉价的方法。

图2 中国全年风速3～20米/秒累积小时数分布图

风能wind energy

地球表面大量空气运动所具有的动能。风具有巨大的能量。如风速为9～10 m/s的五级风，吹到物体表面上的力，约为10 kg/m²；如风速为20 m/s的九级风，风力便可达到50 kg/m²。风能的利用比较简便，特别在缺乏水力资源、燃料的山区及偏远的农村，更应该进行风能的利用。风能利用主要有三种形式：
❶通过风力机将风能转换为机械能直接利用，例如磨面、提水、排水等。
❷通过风力发电机组将风力机提供的机械能转换成电能，这是风能利用的主要形式。
❸利用油泵、压缩机、搅拌机等一类机械将风力机提供的机械能转换成热能，用以取暖、加热和供应热水等。

风能

空气流动产生的动能。风能资源的总储量非常巨大，一年中所产生的能量约相当于20世纪90年代初全世界每年所消耗的燃料的3000倍。地球上1000 m以下风能总量为13×10¹⁴W。最好利用的风力3～6级，8级以上的大风不太好利用，如能利用1/10，就相当于全球能源需求量的10～20倍。据估算可用来发电的风能约为100亿 kW，几乎是目前全世界水力发电量的10倍。中国可利用的风能为2.53×10¹¹W，比目前全国发电装机容量大3倍。中蒙边境、青藏高原、东南沿海，这3个风区，年平均风速都为4～5 m/s左右，很有开发前途。风能能量密度低，只有水能的1/800。19世纪末开始探索风力发电，到1993年底全世界风力发电的装机容量已超过300万kW。20世纪80年代初平均单机容量为50kW,90年代的主导产品是300～500kW机组，风力机工业初步形成。100W～5kW的小型充电用风力发电机可以作为家庭独立电源，90年代初已有10多万台在运行。中国是最早使用帆船和风车的国家之一，到20世纪中还有20万台风力提水机。80年代研制的100～500W小型充电用风力发电机已投入批量生产。到90年代初约有12万户农牧民使用风力发电机解决生活用电问题。1993年装机容量达到1.3万kW。

风能

---

风能

大气流动时的动能。来源于太阳辐射能和地球的自转。可通过风能转换系统转换成为机械能、电能等。

风能

靠近地球表面的空气流动称之为风。通常用风向和风速 （风级） 来表示。把具有一定风速的风 (一般是风速为3米/秒到20米/秒的风) 作为一种能量资源加以开发，用来做功或发电称之为有效风能或风能资源。
我们居住的地球，表面被一层很厚的大气包围着，简称为空气，太阳辐射透过大气层到达地球表面。由于地球表面海洋和陆地吸收热量不同，高山岩石和平原土壤吸收热量也不同，加上气候变化和地球自转、公转、季节、昼夜温差的影响，地表各处散热情况也不同。散热多的地区，靠近地表的空气受热膨胀，压力减小，形成低气压区，空气从高气压区向低气压区流动就产生了风。地形的不同，地球自转、公转力量的影响，加强了空气流动力量和方向的变化多端，造成了风速度大小和方向的不同。
空气的运动时而剧烈、时而平缓，风也就有大小。为了估计风力的大小，常常根据风对地面或海面物体影响程度定出不同的等级来表示，这就是风的等级。风级最初是由英国人蒲福于1805年拟定的，故称为 “蒲福风级”。后几经修改，把风力大小分成13个等级，1946年以后又作了某些修改，共分成13个等级。
风能也是自然界中存在的一种永不枯竭的巨大能源，到达地球表面的太阳辐射能，约有2%被转化成风能。目前，对整个地球上近地表的风能的总量有各种不同估计，其中估计之一是，整个地球每年自然产生的风能总量如果折合成发电量约1.67亿亿度，陆地约占十分之一，为1670万亿度。地球上可开发利用的风能资源，大大超过可以开发利用的水力能源总量，也大于地球上储存的化石燃料资源的总和。如果把地球上可以开发利用的风能全部开发利用，利用风力发电变成电能，则每年可提供的电能，约相当于目前全世界年发电量的上百倍。可见风能资源之巨大。
风能是一种以太阳能为热源，大气作为工作介质，只要太阳能存在就永远不会枯竭的自然能源。作为一种能量资源，它有以下几个显著的特点：
(1) 风能是一种不需要补偿的、无污染的理想的再生能源。它的可开发利用年限和太阳一样久远，风能也是一种广义的太阳能，它也是一种永久性的能源。
(2) 风能的能量密度低。空气的密度比水小840倍。水力发电站可以建设得规模很大，例如数百万千瓦、甚至上千万千瓦，而目前最大的风力发电站，输出功率只有数千千瓦或上万千瓦。越是大型的风力发电机，风轮直径越大； 风轮直径越大，材料和加工工艺要求越高，设备造价也越高。据国外资料可知，在10千瓦级的风力发电站中，风轮的投资只占总投资的18%; 而数千千瓦级的风力发电站，风轮的投资占总投资的40%。
(3) 风能的间断性和变化性。在陆地上，风的大小因时、因地变化多端，即使在同一地点，也随昼夜和季节而变，有时一连几天没有风，有时会突然刮起很强的阵风。没风也就没有风能； 而风太大时，风能不仅无法利用，还具有极大的破坏性。风力的时大时小，对风能的开发利用造成很大的影响，早期国外建立的一代大型风力发电机，就是因为先后被大风摧毁停用而使风能利用进入几乎完全停顿的低潮。风力时大时小，使得风能利用中必须附加结构复杂的调速限速装置和庞大的储能装置。
风能的间断性、变化性和风能量密度小的特点，给风能的利用特别是大规模利用，带来了很大的困难。但是在各种自然能源中，风能还是能够比较简单加以利用的一种能源。风能和煤炭、石油、天然气等化石能源不同，不需要采掘、运输和建立使之燃烧的庞大锅炉设备； 也不同于水力能的开发，必须建造耗资巨大、工程也巨大的水坝，推动水轮机运转； 也不同于核能，需要昂贵而可靠的反应、防护装置。风能利用比较简单，机动灵活，土洋并举，作为常规能源的替代和补充，是一种很有前途的分散代用能源。

风能

一般规定风速3～20米/秒视为可利用风能。湖南省风能资源的分布与平均风速分布大体一致，湖南的零陵，临武为中心的山间峡谷，受地形影响，风速大，风能亦大，湘西和湘中的衡邵盆地，风速小，风能亦小，湘西，衡邵盆地和郴州一线附近为风能贫乏区，只有湘北湖区 （包括环湖的丘陵区），湘南的永州、临武一带和湘东的茶陵地区，属风能季节利用区。从风能的季节分配而论，湖南省风能的季节分配与风速季节分配也大体一致，全省各地风能以春季最大，但在山区，春、夏、秋三季最大，日平均风速都在3米/秒以上。湖南风能利用具有季节性，但价值不大。在风能可利用季节，可设置小型风机发电，干旱时期，用来提水抗旱。从长远来看，有一定的实用价值。

风能

甘肃省有效风能年储量为28～1 000千瓦小时/平方米。河西走廊西北部、乌鞘岭和华家岭等海拔高的地区最丰富， 有效风能年储量为800～1 000千瓦·小时/平方米； 玉门市至金塔县以北地区和永昌、民勤等县达500千瓦·小时/平方米；其余地区28～250千瓦·小时/平方米。年有效风能密度全省在25瓦—150瓦/平方米之间。河西走廊西北部、乌鞘岭和华家岭等海拔较高的地方在150瓦/平方米以上； 玉门市至金塔县北部和民勤等县在100瓦/平方米左右； 其余地区25瓦～90瓦/平方米。有效风能可利用时数全省在1 300～7 400小时之间，河西走廊西北部、乌鞘岭和华家岭等高山地区达6 000～74 000小时， 风能可利用时间频率为60%～84%；玉门市、金塔县北部、永昌和民勤等县为2 500～4 800小时， 风能可利用时间频率为28%～55%，其余地区1 300～4 300小时，风能可利用时间频率5%～49%。

风能

风作功的能量。它是重要的自然能源，可用之于行船和发电。中国风能丰富区在西北克拉玛依；三北北部老东庙、敦煌、二连；东北长春、鸡西；沿海大连、威海、舟山、平谭一线。这些地区每年大于3米/秒的起动风速在5000小时以上，年总能量为200瓦/平方米。

风能

空气在流动过程中所产生的能量。不同的风级包含不同的能量，一般风的能量大小与风速的立方成正比，平均风速越大的地方，风能资源越丰富。风能广泛存在于自然界，在整个大气中的总风力，估计是3×10¹⁷千瓦，其中约1/4分布在陆地上空。它所提供的能量远大于可燃矿物能源所提供的能量总和，而且风能是无污染、廉价的再生性能源。风能作为动力使用已有2000多年的历史，但由于风能的不经常性和不定向性给风能利用带来一定的难度，使风能利用受到限制。目前，由于能源短缺和环境污染日趋严重，人们在探索新能源的过程中，更加重视风能的利用。

风能

wind energy

---

风能

wind energy