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風能

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File:WEAs in Neuenkirchen.JPG
多座風力發電機組成風力電廠

風能資源風力做功而提供給人類的一種可利用的能量。風具有的動能稱風能。風速越高,動能越大。人們可以用風車把風的動能轉化為旋轉的動作去推動發電機,以產生電力。方法是透過傳動軸,將轉子(由以空氣動力推動的扇葉組成)的旋轉動力傳送至發電機。到2008年為止,全世界以風力產生的電力約有 94.1 百萬千瓦,供應的電力已超過全世界用量的1%。風能雖然對大多數國家而言還不是主要的能源,但在1999年2005年之間已經成長了四倍以上。

多數現代風力產生以電的形式由轉換渦輪刀片的自轉成電流通過一臺電子發電器。在風車(更舊的技術裡) 風能量使用轉動機械機械完成物理工作, 像擊碎五穀或抽水。

風力被使用在大規模風農場為全國電子柵格並且在小各自的渦輪為提供電在被隔絕的地點。

風能量是豐富, 無盡的, 廣泛分佈, 乾淨, 和緩和溫室效應。 我們把地球表面一定範圍內。經過長期測量,調查與統計得出的平均風能密度的概況稱該範圍內能利用的依據,通常以能密度線標示在地圖上。

人類利用風能的歷史可以追溯到西元前,但數千年來,風能技術發展緩慢,沒有引起人們足夠的重視。但自1973年 世界石油危機以來,在常規能源告急和全球生態環境惡化的雙重壓力下,風能作為新能源的一部分才重新有了長足的發展。風能作為一種無污染可再生的新能源有著巨大的發展潛力,特別是對沿海島嶼,交通不便的邊遠山區,地廣人稀的草原牧場,以及遠離電網和近期內電網還難以達到的農村、邊疆,作為解決生產和生活能源的一種可靠途徑,有著十分重要的意義。即使在發達國家,風能作為一種高效清潔的新能源也日益受到重視,比如:美國能源部就曾經調查過,單是德克薩斯州南達科他州兩州的風能密度就足以供應全美國的用電量。

File:Enercon E-40 in der Dämmerung.jpg
德國一處風力發電機。從旁邊的樹可知其約略的大小。

經濟性編輯

近年, 大致上來說,利用風來產生電力所需的成本已經降低許多, 即使不含其他外在的成本,在許多適當地點使用風力發電的成本已低於燃油的內然機發電了。[1]自2004 年起,風力發電更成為在所有新式能源中已是最便宜的了。風力發電在2002 年時約25%,現在則是38%的比例快速成長。2003年美國的風力發電成長就超過了所有發電機的平均成長率。在2005 年風力能源的成本已降到1990 年代時的五分之一,而且隨著大瓦數發電機的使用,下降趨勢還會持續。.[2][3] 風能發電正成長,幅度高逹 38%,[4] 超越2002年時的 25%。在美國,2003年以年增率來看,風力是各種發電方式之中成長最快的。[5] 在2005年,風力發電的成本己降到1990年代後期的五分一,而隨著大型百萬瓦等級的風力轉子進入量產階段,估計成本還會持續下降。[6]

風的能量編輯

主條目:風力
此頁文字引用了維基百科條目 風能。作者列表可見它的變更歷史

估計地球吸收的太陽能有1%到3%轉化為風能,總量相當於地球上所有植物通過光合作用吸收太陽能轉化為化學能的50到100倍。 上了高空就會發現風的能量,那兒有時速超過160公里 (100 英哩160 km/h 100 mph)的強風。這些風的能量最後因和地表及大氣間的摩擦力而以各種熱能方式釋放。

風的成因:因太陽照射極地赤道的不均勻使得地表的不受熱;地表溫的速度較海面快;大氣中同溫層如同天花板的效應加速了氣體的對流;季節/的變化;科氏效應;月亮的反射比率,形成了風。

風能可以通過風車來提取。當風吹動風輪時,風力帶動風輪繞軸旋轉,使得風能轉化爲機械能。而風能轉化量直接與空氣密度、風輪掃過的面積和風速的平方成正比。空氣的質流穿越風輪掃過的面積,隨著風速以及空氣的密度而變化。舉例來說,在15°C (59°F)的涼爽日子裡,海平面空氣密度為每立方公尺 1.22 公斤(當溼度增加時空氣密度會降低)。當風以秒速8公尺吹過直徑一百公尺的轉輪時,每秒能夠使1,000,000,000公斤的空氣穿越風輪掃過的面積。

指定質量的動能與其速率之平方成正比。因為質流與風速呈線性增加,對風輪有效用的風能將會與風速的立方成正比;本例子中風吹送風輪的功率,大約為2.5百萬瓦特。

因為風渦輪提取能量,空氣減速,導致它對傳播並且在風渦輪附近在某種程度上牽制它。 德國物理學家,阿爾伯特Betz, 1919年確定風渦輪可能提取至多將否則流經渦輪的橫斷面的59%能量。 不管渦輪的設計, Betz極限申請。 最近的工作在一個理論極限大約30%旁邊為推進器類型turbines.[7] 實際效率從10%範圍到20%為推進器類型渦輪,並且是一樣高像35%為三維垂直軸渦輪像 Darrieus 或Gorlov渦輪。

File:Lee Ranch Wind Speed Frequency.png
風速(紅色)和能量的發行(藍色)所有2002年在李大農場設施在科羅拉多。 而曲線是Rayleigh式樣發行為同一平均風速,直方圖顯示被測量的數據。能量是Betz極限通過一個100米直徑圈子飾面直接地入風。 總能年通過那個圈子是15千兆瓦小時

有風變化,並且平均值為一個被測量的地點單獨不表明風渦輪可能導致那裡的相當數量能量。 要估計風速風土學在一個特殊地點,概率分佈作用經常適合到被觀察的數據。 不同的地點將有不同的風速發行。 最頻繁用於的發行模型塑造風速風土學是二參量 Weibull distribution 因為它能依照各種各樣的發行形狀,從高斯到指數。Rayleigh 塑造,例子,其中被密謀在右邊反對實際被測量的數據集,是形狀參量合計2 Weibull作用的一個具體形式和非常嚴密反映每小時風速的實際發行在許多地點。

由於許多電能是由高風速所產生,可用的能量多來自瞬間大的風速.一大半可用的能量,卻只有占運作時間的15%.所以無法像使用燃料的火力發電廠,可以依照用電需求來調整發電量. 由於風速並非常數,風力發電整年的發電量不是標示的發電率乘上所有的運轉時間(一年內).實際產生的值與理論值(最大值)稱為容量因子.安裝良好的風力發電機,其容量因子可達35%.跟一般使用燃料的發電廠的渦輪機相比,標示1000kW的風力發電機,每年可發的電量最多到350kW.短時間的輸出功率是難以預測,但每年發電量的變化應該幾個百分比之內. 當儲藏,如此的關於用唧筒抽水水力電氣的儲藏, 或其他形式的世代被用來 " 塑造 " 風力量 (藉著保證持續的遞送可信度),商業的遞送代表大約 25% 的費用增加,屈從的有活力的商業表現。

風力的分級編輯

風進入風力量密度的七個班級之內在美國區域中映射,這在區域中提供風力量資源的品質指示。

每個班級是多種的力量密度,所以評價當做班級 4 的一個區域,舉例來說,將會在地面上面的 10 m 有來自 200 到 250 W/m 的平均的力量密度。 通常,風力量的經濟發展為在被評價班級 3 的區域中發生或比較高的。

風能應用 編輯

File:WindMills.jpg
內蒙古草原上的風力發電機

風能優點編輯

  • 風能為乾淨的能量來源。
  • 風能設施日趨進步,大量生產降低成本,在適當地點,風力發電成本已低於內燃機。
  • 風能設施多為立體化設施,可保護陸地和生態。
  • 風力發電為可再生能源,非常環保。

風能缺點編輯

  • 風力發電在生態上的問題是可能幹擾鳥類,如美國堪薩斯州松雞在風車出現之後已漸漸消失[8]。目前的解決方案是離岸發電,離岸發電價格較高但效率也高。
  • 在一些地區、風力發電的經濟性不足:許多地區的風力有間歇性,更糟糕的情況是如台灣等地在電力需求較高的夏季及白日、是風力較少的時間;必須等待壓縮空氣等儲能技術發展。
  • 風力發電需要大量土地興建風力發電場,才可以生產比較多的能源。
  • 進行風力發電時,風力發電機會發出龐大的噪音,所以要找一些空曠的地方來興建。
  • 現在的風力發電還未成熟,還有相當發展空間。

注釋編輯

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  8. 蝴蝶效應? 風力發電恐改變氣候 YAHOO! 奇摩新聞

外部連結編輯

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