风电科普之一

  风能就是空气的动能,是指风所负载的能量，风能的大小决定于风速和空气的密度。

  风的能量是由太阳辐射能转化来的，太阳每小时辐射地球的能量是 174,423,000,000,000千瓦，换句话说，地球每小时接受了 1.74 x 10^17 瓦的能量。

  风能大约占太阳提供总能量的百分之一，二，太阳辐射能量中的一部分被地球上的植物转换成生物能，而被转化的风能总量大约是生物能的 50～100 倍。

  特定质量的空气的动能可以用下列公式计算。能量=1/2 X 质量 X(速度)^2

  吹过特定面积的风的功率可以用下列公式计算。功率=1/2 X 空气密度 X 面积 X(速度)^3其中，功率单位为瓦特；空气密度单位为千克/立方米；面积指气流横截面积，单位为平方米；速度单位为米/秒。

  在海平面高度和摄氏 15 度的条件下，干空气密度为 1.225 千克/立方米。空气密度随气压和温度而变。随著高度的升高，空气密度也会下降。

  于上述公式中能够准确的看出，风功率与速度的三次方〔立方〕成正比，并与风轮扫掠面积成正比。不过实际上，风轮只能提取风的能量中的一部分，而非全部。

  全球的风能约为 2.74 × 109MW，其中可利用的风能为 2 ×10的7次方 MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大 10 倍。

  我国 10 米高度层的风能资源总储量为 32.26 亿千瓦，其中实际可开发利用的风能资源储量为 2.53 亿千瓦。而据估计，中国近海风能资源约为陆地的 3 倍，所以，中国可开发风能资源总量约为 10 亿千瓦。

  其中青海、甘肃、新疆和内蒙可开发的风能储量分别为 1143 万千瓦、2421 万千瓦、3433 万千瓦和 6178 万千瓦，是中国大陆风能储备最丰富的地区。

  简单的说,太阳的辐射造成地球表面受热不均,引起大气层中压力分布不均; 空气沿水平方向运动形成风. 风的形成就是空气流动的结果。

  7大气运动的受力影响是什么？地球大气运动既受气压梯度力的影响，还要受地转偏向力的影响。

  由于地球上各纬度所接受的太阳辐射强度不同，在赤道和低纬度地区，太阳高度角大，日照时间长，太阳辐射强度强，地面和大气接受的热量多、温度比较高；再高纬度地区太阳高度角小，日照时间短，地面和大气接受的热量小，温度低。

  这种高纬度与低纬度之间的温度差异，形成了南北之间的气压梯度，使空气作水平运动，风应沿水平气压梯度方向吹，即垂直与等压线从高压向低压吹。

  此外因为地球在自转，使空气水平运动发生偏向，这个力称为地转偏向力，又叫科里奥利力。（名称来源于法国数学家 Gustave Gaspard Coriolis 1792-1843)，这种力使北半球气流向右偏转，南半球向左偏转，所以大气真实运动是这两种力综合影响的结果。

  山谷和海峡能改变气流运动的方向，还能使风速增大，而丘陵、山地会因为摩擦而使风速减小，孤立的山峰会因海拔高而使风速增大。

  大陆上的气流受热膨胀上升至高空流向海洋，到海洋上空冷却下沉，在近地层海洋上的气流吹向大陆，补偿大陆的上升气流，低层风从海洋吹向大陆，这被称为海风；

  白天山坡受热快，温度高于山谷上方同高度的空气温度，坡地上的暖空气从山坡流向谷地上方，谷地的空气则沿着山坡向上补充流失的空气，这时由山谷吹向山坡的风，称为谷风。夜间，山坡因冷却降温速度比同高度的空气快，冷空气沿坡地向下流入山谷，称为山风。

  10为啥说风能是一种绿色能源？风能是一种干净的自然能源，没有常规能源（如煤电，油电）与核电会造成了一定的环境污染的问题。

  平均每装一台单机容量为 1 兆瓦的风能发电机，每年可以减排 2000 吨二氧化碳（相当于种植 1 平方英里的树木）、10 吨二氧化硫、6 吨二氧化氮。风能产生 1 兆瓦小时的电量能够大大减少 0.8 到 0.9 吨的温室气体，相当于煤或矿物燃料一年产生的气体量。而且风机不会危害鸟类和其它野生动物。在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，风能作为一种高效清洁的新能源有着非常大的发展潜力。

  风电技术日趋成熟，产品质量放心可靠，可用率已达 95%以上，已是一种安全可靠的能源，风力发电的经济性日益提高，发电成本已接近煤电，低于油电与核电，若计及煤电的环境保护与交通运输的间接投资，则风电经济性将优于煤电。

  风力发电场建设工期短，单台机组安装仅需几周，从土建、安装到投产，只需半年至一年时间，是煤电、核电无可比拟的。

  投资规模灵活，有多少钱装多少机。对沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆来说，可作为解决生产和生活能源的一种有效途径。

  人类利用风能的历史可以追溯到公元前。我国是世界上最早利用风能的国家之一。

  公元前数世纪我国人民就利用风力提水、灌溉、磨面、舂米，用风帆推动船舶前进。埃及尼罗河上的风帆船、中国的木帆船，都有两三千年的历史记载。唐代有“乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海”句，可见那时风帆船已大范围的使用在江河航运。到了宋代更是我国应用风车的全盛时代，当时流行的垂直轴风车，一直沿用至今。

  在国外，公元前 2 世纪，古波斯人就利用垂直轴风车碾米。 10 世纪人用风车提水，11 世纪风车在中东已获得广泛的 应用。13 世纪风车传至欧洲，14 世纪已成为欧洲必不可少的原动机。在荷兰风车先用于莱茵河三角洲湖地和低湿地的汲水，其风车的功率可达５０马力，以后又用于榨油和锯木。到了十八世纪二十年代，在北美洲风力机被用来灌溉田地和驱动发电机发电。

  从 1920 年起，人门开始研究利用风力机作大规模发电。1931 年，在苏联的 Crimean Balaclava 建造了一座１００KW 容量的风力发电机，这是最早商业化的风力发电机。

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