风与风能的形成及概念

（一）风与风能的形成及概念

风是发生在我们周围的自然现象之一。地面的空气不是静止的，它时时刻刻都在运动。气象学中把风的上下移动叫“对流”或“气流”，若是无规则的移动叫“紊流”。只有当空气沿地面作水平运动时才称为“风”，风有一定的方向（即：北风、西风、南风、东风、东南风、西北风）和能量（3～4级、5～6级、7～8级等，风级越大所蕴藏的能量就越大）。

风是怎么形成的呢？产生风的原因主要是气温变化，而气温又受太阳辐射的影响。所以风是由太阳影响而产生的，它的能量来自太阳的辐射。具体地说，太阳照在地球上，使我们所居住的地球变热，由于地球表面受热不均匀，有些地方热得快些（如沙漠、岩石等），有些地方受热慢些（如森林、湖泊等）。暖空气比冷空气轻，空气上升，冷空气涌过来占据暖空气原来的位置，涌过来的空气顺着地面流动，就形成了风。空气在流动过程中产生的能量，就叫风能。风能是地球上重要的能源之一。

太阳不断地辐射能量，而在到达地球的太阳辐射能中，约有2×10¹³千瓦（相当于20%）被地球大气层吸收，其中只有很少一部分被转化为风能，但其总量的绝对值却是很可观的。估计全球可以利用的风能相当于1080亿吨煤的储藏量，比地球可开发利用的水能总量要大10倍。

中国的风能资源量约为16亿千瓦，可开发利用的风能资源约为2.53亿千瓦。

风能的大小和风速有关，风速越大，风所具有的能量越大。通常，风速8米/秒～10米/秒的5级风，可使小树摇摆，水面起波浪，吹到物体表面的力为10千克/平方米；风速20米/秒～24米/秒的9级风，可使平房屋顶和烟囱受到破坏，吹到物体表面的力为50千克/平方米；风速50米/秒～60米/秒的台风，吹到物体表面的力为200千克/平方米。

风能是最具商业潜力、最具活力的可再生能源。它成本低廉，使用清洁，取之不尽，用之不竭，因此无论是发达国家还是发展中国家，都把开发和利用风能作为一项重要的能源战略。风能的应用主要是发电。

中国地域辽阔，蕴藏着巨大而丰富的风能资源。据计算，我国近地层风能总量为1.6×10⁹千瓦。可供开发的风能资源有1.6×10⁸千瓦。从20世纪70年代起，我国就开始了微型（1千瓦以下）、小型（1～10千瓦）风力发电机的推广应用工作。自行设计制造的200千瓦风力发电机，于20世纪90年代初在福建平潭投入运行。在风速为13米/秒时，该机组发电功率可达300千瓦。风力发电场为当地电网提供了电力，取得了较好的经济效益。截至1996年底，引进丹麦和法国的机组共装风力发电机55台，总装机容量16800千瓦。

21世纪之初，中国政府加大了可再生能源，尤其是风能的开发力度。到2006年，中国已建成50多个风电厂，风电装机容量已突破100万千瓦，其中运行的最大风电机组功率为1300千瓦，本土化生产的最大风电机组功率为750千瓦。

风力发电的原力发电机是目前技术最成熟、生产量最多的发电机。主要部件有叶片、传动轴、齿轮变速箱、发电尾翼和塔架等。目前，大中型水平轴式风力发电机有两种：一是上风向风力发电机，即由叶片组成的风轮在塔架前迎风，靠自动对风装置调整风力机对准风向；二是下风向风力发电机，它的风轮在塔架后面，风先经过塔架，再到风轮，这样就有塔影效应，影响风力机出力，但可省掉对风装置。

早期的风力发电机多为水平轴式，后来则竖轴式较多。世界上最大的竖轴式风力发电机是法国制造的戴瑞斯竖轴式风轮机，这种风轮机的叶片被弯曲成类似正弦曲线的形状，叶片断面为机翼形，传动机构、发电机都装在竖轴的下部。风轮直径为24米，风轮高39米，机组全高46米，机组发电200千瓦。