風能

風能，是大規模利用風能作為可再生能源。自古以來，風的動能就被用來使環境中的能量可用于技術目的。

過去，風車提供的機械能直接在現場用于驅動機器和設備。在他們的幫助下，谷物被磨成面粉，地下水被抽到地表，或者鋸木廠開始運作。

今天，風力渦輪機發電是迄今為止最重要的用途。

到 2021 年底，全球安裝了標稱容量約為 837 吉瓦的風力渦輪機。

根據 BP 的數據，2020 年全球安裝的系統提供了約 1590 TWh 的電能；相當于全球發電量的 5.9%。其在全球一次能源消耗量 154,620 TWh 中的份額為 1.0%，由于計算方法的原因，它往往被低估了。

2013 年，風力發電機組的平準化電力成本（LCOE）已經低于新建煤電和核電廠的平準化電力成本（LCOE）。 取決于各種因素，例如風力前景（這里指的是：在數量和質量上都適合風力發生-現場）和系統設計，風力渦輪機達到 1,400 到 5,000 多個滿負荷小時（后者在最佳海上位置）。

風能因其在世界范圍內的可用性、低成本和技術發展水平而被認為是最有前途的可再生能源之一。 它現在是電力生產的主流技術之一，并且由于全球許多市場的技術進步和經濟競爭力，它在世界上越來越多的國家的能源政策和能源戰略中發揮著核心作用。

風能系統可用于在所有氣候帶、海上和所有陸地位置（沿海、內陸、山區）發電。

在海上風電場中，通常僅區分陸上使用和海上使用。到目前為止，陸上電力尤為重要，而海上電力迄今一直是小眾市場，全球裝機容量的份額約為 3.5%。陸上電力預計也將在長期內占據主導地位，盡管海上設施的比例越來越大。

流動動能的密度隨風速 v 呈二次方增加，并取決于空氣密度 ρ：

w = ρ 2 v 2

在風速為 8 m/s（≈ 風力 4 Bft）時，它幾乎是 40 J/m3。

這種能量是由風傳輸的。 在風力渦輪機轉子前方的自由流動中，這種傳輸的功率密度為

w v = ρ 2 v 3

在示例中為 320 W/m2。

由于功率密度隨風速的顯著增加，多風的地方特別有趣。 塔高起著重要作用，尤其是在內陸地區，那里崎嶇的地形（建筑和植被）會降低風速并增加湍流水平。

風力轉子的性能通常通過將其輸出到軸的功率與轉子面積和風的功率密度相關聯來表示。這個分數稱為功率系數 cP，通俗地說也稱為收獲度。 限制的原因是流速因功耗而降低，空氣塊在流動方向上變短，流線彼此之間的距離增加， 風越慢，流過轉子的流量就越多。

16/27 = 59.3% 的最佳值將通過無損轉子實現，該轉子使用風能密度的 8/9 的動態壓力將流量減慢至風速的 1/3。

該功率的其余部分仍在流動中：1/3 = 9/27 在避開轉子的細絲流中，2/3 的 1/9 = 2/27 在減速的空氣團中。

像所有機器一樣，真正的風力渦輪機不會達到理論xxx值。 葉片上的空氣摩擦、葉尖處的尾流湍流和轉子尾流中的扭曲會導致空氣動力損失。

在現代系統中，這些損耗將功率系數從 cP,Betz ≈ 0.593 降低到 cP = 0.4 到 0.5。在提到的 320 W/m2 中，預計可達 160 W/m2。 直徑為 113 m（10,000 m2 面積）的轉子然后向軸輸出 1.6 兆瓦的功率。

要計算電源連接處的功率，還必須考慮所有機械和電機部件的效率。

在比較不同的設計時，轉子的功率系數經常被高估。 功率系數降低 10% 可以通過轉子直徑增加 5% 來抵消。為了經濟上的成功，用給定的材料輸入覆蓋盡可能大的轉子區域更為重要。在這方面，今天常見的設計具有水平旋轉軸和一些細長的轉子葉片，優于其他設計。

必須區分風力渦輪機的安裝標稱電功率（由技術構造產生）和單位時間內在該位置實現的實際平均功率。