風力渦輪機，也被稱為風能轉換器，是一種裝置，轉換風的動能變成電能。

風力渦輪機在廣泛的垂直和水平軸范圍內制造。最小的渦輪機用于諸如為船或大篷車提供輔助動力的電池充電或為交通警告標志供電的應用。較大的渦輪機可用于為家庭供電做出貢獻，同時將未使用的電能通過電網賣回公用事業供應商。大型渦輪機陣列，被稱為風電場，正日益成為間歇性可再生能源的重要來源，?許多國家已將其用作減少對化石燃料依賴的戰略的一部分。一項評估聲稱，截至2009年與光伏、水力、地熱、煤炭和天然氣相比，風具有“最低的相對溫室氣體排放量，最少的用水需求和……最有利的社會影響”。

質量守恒要求進出渦輪的空氣量必須相等。因此，貝茲定律給出了風力渦輪機xxx可實現的風能提取，為空氣動能到達渦輪機的速率的16/27（59.3％）。

風對轉子的效率（包括轉子葉片的摩擦和阻力）是影響風力發電最終價格的因素之一。諸如齒輪箱損失，發電機和變矩器損失之類的進一步低效率降低了風力渦輪機傳遞的功率。為了保護組件免受過度磨損，當理論功率以風速的立方增加時，提取的功率會在額定運行速度以上保持恒定。這進一步降低了理論效率。2001年，與商業公用事業連接的渦輪機以額定運行速度提供了從風中提取的貝茲功率極限的75％至80％。

效率可以隨時間稍微下降，主要原因在其上改變了的空氣動力學輪廓，并且基本上減少了葉片是灰塵和昆蟲的尸體一個升阻比的的翼型。對丹麥10年以上的3128臺風力渦輪機進行的分析顯示，一半的渦輪機沒有下降，而另一半的年產量下降了1.2％。還發現在渦輪機葉片上積冰會xxx降低風力渦輪機的效率，這在發生云中結冰和凍雨事件的寒冷氣候中是一個普遍的挑戰。垂直渦輪設計的效率比標準水平設計低得多。

通常，在不穩定天氣條件下，更穩定的天氣條件（最顯著的是風速）比風力渦輪機的效率平均提高15％，因此在穩定條件下風速最多可提高7％。這是由于在較高的大氣穩定性條件下出現了更快的恢復喚醒和更大的氣流夾帶。然而，已經發現，在不穩定的大氣條件下而不是在穩定的環境下，風力渦輪機尾流的恢復更快。

已經發現不同的材料對風力渦輪機的效率具有不同的影響。在Ege大學的一項實驗中，使用由不同材料制成的葉片構造了三個風力渦輪機（每個葉片帶有三個直徑為一米的葉片）：玻璃和玻璃/環氧玻璃、玻璃/碳和玻璃/聚酯。經測試，結果表明整體質量較高的材料的摩擦力矩較大，因此功率系數較低。

風力渦輪機的設計在成本，能量輸出和疲勞壽命之間進行了仔細的權衡。

風力渦輪機將風能轉換為電能以進行分配。常規的水平軸渦輪機可以分為三個部分：

• 轉子約占風力渦輪機成本的20％，轉子包括將風能轉換為低速旋轉能的葉片。
• 發電機大約占風力發電機成本的34％，其中包括發電機、控制電子設備，最有可能的是變速箱（例如行星齒輪箱），變速驅動器，或無級變速器組件，用于將低速輸入旋轉轉換為適合發電的高速旋轉。
• 周圍的結構（約占風力渦輪機成本的15％）包括塔架和轉子偏航機構。

1.5?兆瓦的風力渦輪機在美國很常見，其塔高為80米（260英尺）。轉子組件（葉片和輪轂）重22,000千克（48,000磅）。裝有發電機的機艙重52,000千克（115,000磅）。塔的混凝土底座使用26,000千克（58,000磅）的鋼筋建造，并包含190立方米（250立方碼）的混凝土。底座的直徑為15米（50英尺），中心附近的厚度為2.4米（8英尺）。

由于數據傳輸問題，通常使用多個加速度計和連接到機艙的應變計對風機進行結構健康監測，以監測齒輪箱和設備。當前，數字圖像相關和立體攝影測量法被用于測量風力渦輪機葉片的動力學。這些方法通常測量位移和應變以識別缺陷的位置。非旋轉風力渦輪機的動態特性已使用數字圖像相關性和攝影測量技術進行了測量。三維點跟蹤也已用于測量風力渦輪機的旋轉動力學。

風力渦輪機轉子葉片被制成更長以提高效率。這就要求它們堅硬、結實、輕便并且抗疲勞。具有這些特性的材料是復合材料，例如聚酯和環氧樹脂，而玻璃纖維和碳纖維已用于增強。施工可以使用手動鋪網或注模。

公司尋求方法來提高設計效率。主要的方法是增加葉片長度，從而增加轉子直徑。用更大的葉片改造現有的渦輪機可減少工作量和重新設計系統的風險。當前最長的葉片為88.4 m（來自LM Wind Power），但是到2021年，預計海上風力渦輪機的葉片為100 m時將達到10?MW。較長的刀片需要更堅硬以避免偏轉，偏轉需要材料具有更高的剛度重量比。由于葉片需要在20到25年的時間內承受一億個負載循環，因此葉片材料的疲勞度也很關鍵。

一些地方通過將風力渦輪機公開展示來利用風力渦輪機的引人注目的性質，無論是訪客中心周圍的訪客中心還是更遠的觀看區域。風力渦輪機通常采用傳統的水平軸、三葉設計，并產生電力來為電網供電，但它們還充當了技術示范，公共關系和教育的非常規角色。

小型風力渦輪機可用于多種應用，包括并網或離網住宅、電信塔、海上平臺、農村學校和診所、遠程監控以及在沒有電網或沒有電網的情況下需要能源的其他用途不穩定。小型風力渦輪機可能小到五十瓦特的發電機，以供船用或大篷車使用。太陽能和風能混合動力裝置越來越多地用于交通標志，特別是在農村地區，因為它們避免了從最近的電源連接點鋪設長電纜的需要。在能源部國家可再生能源實驗室的美國能源部（NREL）定義的小型風力發電機那些小于或等于100千瓦。小型機組通常具有直接驅動發電機，直流輸出，氣動彈性葉片，使用壽命軸承，并使用葉片指向風。

更大，更昂貴的渦輪機通常具有齒輪傳動系，交流電輸出和風門，并且主動指向風中。大型風力渦輪機的直接驅動發電機和氣動彈性葉片正在研究中。

在大多數水平風力渦輪機場中，通常要保持轉子直徑約6至10倍的間距。但是，考慮到典型的風力渦輪機和土地成本，對于大型風電場，約15個轉子直徑的距離應該更經濟。約翰·霍普金斯大學的Charles Meneveau 和比利時魯汶大學的Johan Meyers基于計算機模擬進行了研究，得出了這一結論，該模擬考慮了風力渦輪機之間的詳細相互作用。以及整個湍流大氣邊界層。

加州理工學院的約翰·達比里（John Dabiri）最近進行的研究表明，垂直風輪機可以放置得更緊密，只要產生交替的旋轉模式，相鄰風輪機的葉片就可以在彼此接近的方向上移動。

風力渦輪機的發電成本為每千瓦時2至6美分，這是價格最低的可再生能源之一。隨著風力渦輪機所需技術的不斷改進，價格也隨之下降。另外，由于沒有任何可利用的自然資源，風能目前沒有競爭性市場。小型風力發電機的主要成本是購買和安裝過程，平均每次安裝費用在48,000美元至65,000美元之間。從渦輪機收集的能量將抵消安裝成本，并提供數年的免費能源。

風力渦輪機提供清潔的能源，幾乎不用水，不排放溫室氣體，也不排放廢物。通過使用一兆瓦的渦輪機代替化石燃料產生的一兆瓦的能源，每年可以消除超過1,500噸的二氧化碳。

風力渦輪機可能非常大，高達140 m（460英尺）高，葉片長55 m（180英尺），人們經常抱怨其視覺沖擊。

風能對環境的影響包括對野生動植物的影響，但如果實施適當的監測和緩解策略，則可以減輕影響。成千上萬的鳥類（包括稀有物種）已被風力渦輪機的葉片殺死，盡管風力渦輪機對人為禽類死亡的影響相對較小。風電場和核電站每千兆瓦時（GWh）的電力造成0.3到0.4只禽鳥死亡，而化石燃料發電站每GWh造成約5.2人死亡。2009年，在美國，被風力渦輪機殺死的每只鳥中，有近500,000只被貓殺死，另有50萬只被建筑物殺死。相比之下，傳統的燃煤發電機通過被卷入煙囪上升的焚化以及因排放副產物（包括煙道氣中的顆粒物和重金屬）中毒而對禽類死亡的貢獻更大。此外，海洋生物還受到用于核能和化石燃料發電機的汽輪機冷卻塔（熱交換器）的進水口，海洋生態系統中煤塵的沉積（例如，破壞澳大利亞的大堡礁）以及燃燒一氧化碳對水的酸化影響。

風力渦輪機利用的能量是間歇性的，不是“可分派”的動力來源。它的可用性基于風是否在吹，而不是是否需要電力。渦輪機可以放置在山脊或懸崖上，以xxx程度地獲得風，但是這也限制了渦輪的放置位置。這樣，風能并不是特別可靠的能源。但是，它可能構成能源混合的一部分，其中也包括來自其他來源的電力。值得注意的是，風能和太陽能的相對可用輸出通常成反比（平衡）。還開發了存儲多余能量的技術，這些能量可以彌補供應的任何短缺。