风能是由地球大气中自然流动的空气产生的能量。作为一种不会因使用而枯竭的可再生资源，其对环境和气候危机的影响明显小于燃烧化石燃料，正处在不断发展中。风能是空气体在地球大气层中自然流动产生的能量。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明显小于燃烧化石燃料，而且在不断发展。
bp数据显示，2020年全球可再生能源发电量为7017TWh，其中风电贡献了1418TWh，占可再生能源总电量的20.2%，仅次于水电排名第二。在包括中国、印度、德国和美国在内的许多国家，风力发电的发展已经成为减少气候变化和可持续发展计划的一个重要组成部分。
一、风能的定义一.风能的定义
人类利用风能的方式有很多种，从简单的(仍用于偏远地区为牲畜抽水)到日益复杂的风电场(如下图)。在加州580号高速公路上，数以千计的涡轮机占据了山丘。
任何风能系统的基本组件都是相当相似的。有一些大小和形状一样的叶片连接到驱动轴上，然后是一个使用或收集风能的泵或发电机。如果风能被直接用作机械力，比如碾磨谷物或抽水，它就被称为风车; 如果它将风能转化为电能，它就被称为风力涡轮机。涡轮机系统需要额外的组件，如用于电力存储的电池，或者它可以连接到电力分配系统，如输电线。任何风能系统的基本组件都非常相似。有一些相同大小和形状的叶片连接到传动轴上，然后是使用或收集风能的泵或发电机。风能如果直接用作机械力，如碾谷或抽水，则称为风车；如果它把风能转换成电能，就叫做风力涡轮机。涡轮机系统需要额外的部件，例如用于电力存储的电池，或者它可以连接到配电系统，例如输电线路。
没有人真正知道人们第一次使用风能是在什么时候，但是大约在公元前5000年，在埃及，风真正被用来在尼罗河上划船。到了公元前200年，中国的人们已经开始利用风能来驱动简单的水泵，而中东的人们则用手工编织叶片的风车来磨谷物。随着时间的推移，风力泵和工厂被用于各种食品生产，然后这个概念传到了欧洲，荷兰人在那里建造了大型风力泵来干燥和灌溉田地。从那里，这个想法传到了美国。
二、风能基本知识二。风能的基本知识
当太阳加热大气层，地球表面的变化和地球的旋转时，风自然产生。然后由于水体、森林、草甸等植被和海拔变化的影响，风力可以增大或减小。随着地形和季节的变化，风的模式和速度变化很大，但其中一些是可以预测和计划的。
1.位置选择
安装风力涡轮机的最佳地点是圆形山丘的顶部、开阔的平原(或海上风力的开阔水域)以及风自然经过的山口(产生常规高风速)。一般来说，海拔越高越好，因为海拔越高，风越大。
风能预测是风力发电机组选址的重要工具。例如，美国国家海洋和大气管理局(NOAA)或国家可再生能源实验室(NREL)提供了各种风速图表和数据，提供了这些细节。
然后，应进行具体的现场调查，以评估当地的风力条件，并确定以最高效率安装风力涡轮机的最佳方向。至少一年时间，开展陆地航迹的风速、湍流和方向，以及空气体的温度和湿度等项目。一旦确定了这些信息，就可以制造出具有可预测结果的涡轮机。
风力并不是安装涡轮机的唯一因素。风电场的开发者必须考虑风电场和输电线路(以及可以用电的城市)之间的距离；可能对当地机场和飞机交通造成干扰；底层岩石和断层；以及鸟类和蝙蝠的飞行模式；对当地社区的影响(噪音和其他可能的影响)；等一下。
大多数大型风电项目的设计寿命至少为20年，因此必须考虑这些因素的长期影响。
2.风能的类型
1)公用级风能
公用风能是一个大型的风能项目，被设计为公用事业公司的能源。它们在规模上类似于燃煤或天然气发电厂，有时会取代或补充燃煤或天然气发电厂。涡轮机的功率超过100千瓦，它们通常组合安装以提供重要的功率。
2）海上风能2)海上风能
海上风能项目一般是规划在沿海地区的公用事业风能项目。它们可以在大城市附近产生巨大的电力(在美国，大城市往往更靠近海岸)。根据美国能源部的数据，近海地区的风比陆地地区的风更持久、更强劲。根据该组织的数据和计算，美国海上风能的潜力超过2000吉瓦，是美国所有发电厂发电量的两倍。根据国际能源署(IEA)的数据，在全球范围内，风能提供的能量可能是目前全球使用的18倍以上。
3）小型或分布式风能3)小型或分布式风能
这种风能与上述两种相反。这些是小型风力涡轮机，用于满足特定地点或局部地区的能源需求。有时，这些涡轮机连接到更大的能量分配网，有时它们脱离电网。你会看到较小的风扇(5千瓦规模)安装在住宅区。根据天气情况，它们可以满足一些或大多数家庭的需求。中型风力涡轮机(大约20千瓦)安装在工业或社区中，它们可以是可再生能源系统的一部分，包括太阳能、地热能或其他能源。
3、风电场3.风力农场
风电场是一种由风力涡轮机组成的电厂，利用风力发电。对于被视为风电场的装置，没有统一的规模要求，因此它可能包括在同一区域工作的几个或数百个风力涡轮机，无论是在陆地上还是在海上。
三。风能是如何工作的？
风力发电机的作用是利用一定形状(可以改变)的叶片来捕捉风的动能。风吹过叶片，叶片就被吹起来了，就像扬帆推舟一样。风推动叶片转动，并带动与叶片相连的传动轴转动。然后，这个轴转动某种泵，它可以直接推动谷物上的一块石头(风车)，或者将能量推入发电机，产生可以立即使用或储存在电池中的电力。发电系统(风力发电机)的流程包括以下步骤
1、风把刀片1.风力手柄叶片
理想情况下，风车或风力涡轮机位于有规律和稳定风的地方。空气流推动特别设计的叶片，让风尽可能轻松地推动叶片。叶片可以设计成顺风或顺风。
2.动能转换
动能是来自风的自由能量。为了能够使用或储存这种能量，需要将其转换成可用的能量形式。当风遇到风车叶片并推动它们时，动能转化为机械能。叶片的运动带动传动轴转动。
3.发电
在风力发电机中，旋转的传动轴连接到齿轮箱上，齿轮箱可以提高100倍的转速，然后驱动发电机旋转。所以齿轮的转速要比风力驱动的叶片快很多。一旦这些齿轮达到足够快的速度，就可以带动发电机发电。
齿轮箱是涡轮机中最昂贵和体积最大的部件。工程师们正在研究可以以较低速度运行的直接驱动发电机(这样就不需要变速箱了)。
4.变压器转换电能。
发电机发出的电是60个周期的交流电。根据当地的需要，可能需要一个变压器将其转换成另一种类型的电力。
5.使用或储存电力
风力涡轮机产生的电力可以在当地使用(更多情况下用于小型或中型风力项目)，它可以立即输送到输电线路使用或储存在电池中。
更高效的电池存储是风能未来发展的关键。增加的存储容量意味着在有风的日子里，可以补充从有风的日子里存储的电能，这样风的可变性将不再是可靠的风力发电的障碍。
四。近10年来风力发电的进展
根据国际可再生能源机构(IRENA)的报告，风电技术的进步有力地推动了风电效率的提高和风电成本的降低。
1.陆上风力发电
从2010年到2020年，全球陆上风电加权平均总装机成本下降了32%，从1971美元/千瓦降至1349美元/千瓦。2020年的成本也比2019年的1491美元/千瓦下降了10%。2020年，世界各国/地区陆上风电加权平均总装机成本约为1038 –3***美元/千瓦。中国和印度的加权平均总安装成本比其他地区低20%至67%。
大多数市场在2007年至2010年经历了风力涡轮机价格的峰值，到2020年底下降了44%至78%。2020年，除中国外，大多数主要市场的价格将在700美元/千瓦到910美元/千瓦之间。中国的价格约为540美元/千瓦，因为物流和塔架通常不包括在中国的合同中。
随着涡轮技术的提高和成本的降低，全球平均转子直径从2010年的82m增长到2020年的119.4m，增长了46%。与此同时，全球枢纽的平均高度增加了27%，从2010年的81.3米增加到2020年的103.2米。
2、海上风电2.海上风力发电
海上风力发电经历了十年的快速增长和竞争性海上风力发电项目的出现。项目平均规模从2010年的136 MW增加到2020年的301 MW，涡轮机规模的增长和项目向远离海岸的深海移动。
以欧洲这个最成熟的市场为中心，全球新投入使用的海上风电项目加权平均水深从2010年的2100米增加到2020年的37米，增幅达76%。在同一时期，该项目与海岸之间的平均距离从18公里增加到40公里，加权平均涡轮机尺寸增加了158%，从3.1兆瓦增加到8兆瓦。十年间，转子直径从112m增加到163m，增加了46%。
随着轮毂高度和掠叶片面积的增加，容量系数随时间增加。这是由于对涡轮机和风电场的布局和连接进行了技术改进，以及改进了操作和管理做法，从而减少了高峰期的停机时间。该项目的全球加权平均产能系数从2010年的38%提高到2020年的40%。然而，在欧洲，这一数字增加了13%，从2010年的39%增加到2020年的44%。
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