风能是什么?定义和它是如何工作的

风能电创建从空气自然流动在地球的大气层。作为一个不会耗尽通过使用可再生资源,它对环境和气候危机的影响明显小于燃烧化石燃料。beplay体育官网电脑

风能可以由简单的一组8英尺帆能够捕捉盛行风,然后把一块石头磨粒(磨粉厂)。也可以是一样复杂的150英尺高的叶片将发电机产生电能储存在电池或部署在配电系统。甚至有bladeless风力涡轮机。

截至2021年,有超过67000个风力发电机运行在美国,在44个州发现,关岛和波多黎各。风产生于2020年在美国大约8.4%的电力。在世界范围内,它提供了世界上约6%的电力需求。风能是同比增长约10%,大多数的关键部分减少气候变化和可持续发展计划在不同的国家,包括中国,印度,德国和美国。

风能的定义

人类以各种方式使用风能,从简单的(它仍然是用于泵水的牲畜更多偏远地区)的日益complex-think成千上万的涡轮机主导山,穿过加州的580号公路(见上图)。

风力发电系统的基本组成是非常相似的。有叶片的大小和形状连接到驱动轴,然后泵或使用或收集风能发电机。如果直接使用风能机械力,如磨粒或抽水,这是一个被称为风车;如果将风能转换成电能,它被称为一个风力涡轮机。涡轮系统需要额外的组件,如电池电能存储,或它可能像电线连接到配电系统。

没有人真正知道当风首次利用一个人,但风绝对是被利用来移动船只在埃及的尼罗河在公元前5000年左右。在公元前200年中国人使用风上台简单的水泵,与手工风车叶片被用来磨粒在中东地区。随着时间的推移,风力泵和工厂被用于各种食品生产,然后这个概念蔓延到欧洲,荷兰建立大型风力泵排水湿地和从那里前往美洲。

风能基本知识

风自然产生当太阳加热大气,地球表面的变化,从地球的自转。风可以增加或减少由于水体的影响,森林、草地等植被,和高程的变化。在地形风的模式和速度有很大的波动,以及季节性的,但其中的一些模式是可预测的足够的计划。

选址

最好的位置放置一个风力涡轮机是圆形的小山的顶部,在开阔的平原(或开放水域海上风力)和山道,风自然是经由(生产常规高风速)。一般来说,海拔越高越好,因为高海拔地区通常有更多的风。

风能预测是一个风力涡轮机选址的一个重要工具。有各种各样的风速地图和数据来自美国国家海洋和大气管理局(NOAA)或国家可再生能源实验室(NREL)在美国,提供这些细节。

然后,调查应该做的站点评估当地的风力条件和确定最佳的方向最大效率的风力涡轮机。至少一年,项目在陆地上跟踪风速、湍流,和方向,以及空气的温度和湿度。一旦这些信息决定,涡轮机将可以提供可预测的结果。

选址涡轮风力并不是唯一的因素。开发人员对风电场必须考虑如何关闭农场是输电线路(可以利用权力和城市);可能干扰本地机场和飞机流量;潜在的岩石和断层;飞行模式鸟类和蝙蝠;和当地社区的影响(噪音和其他可能的影响)。

大多数大型风电项目旨在至少持续20年,如果不是更多,所以长期必须考虑这些因素。

类型的风能

公用事业规模的风能

这些是大型风力项目设计用于作为一个实用的能源公司。他们相似的范围煤或天然气发电厂,他们有时取代或补充。涡轮机超过100千瓦的功率的大小,通常安装在组织这些类型的系统提供重要的权力已提供约8.4%的能源在美国。

海上风力能源

这些通常是大规模储能风能项目,计划在沿海地区附近海域。他们可以产生巨大的权力在大城市附近(倾向于集群接近海岸的美国)。风吹的更加一致并且强烈比土地在近海地区,根据美国能源部。基于组织的数据和计算,美国的近海风能潜力超过2000千瓦的电力,这是两次美国所有发电厂的发电量。全球风能可以提供目前全球超过18倍使用,根据国际能源机构(iea)。

小范围或分布式风力发电

这种类型的风能的对立面是上面的例子。这些风力涡轮机的物理尺寸小,用于满足能源需求的一个特定的网站或当地。有时候,这些涡轮机连接到更大的能量分布的网格,有时他们是离网。你会看到这些较小的安装(5千瓦大小)在居住环境中,他们可能提供部分或大部分家庭的需要,根据天气,和中型版本(20千瓦左右)在工业或社区网站,在那里他们可能是一个可再生能源系统的一部分,还包括太阳能、地热、或其他能源。

风能是如何工作的呢?

风力涡轮机的功能是使用叶片的形状(可以不同)捕捉风的动能。风流过叶片,电梯,就像这电梯将一艘船航行。从风使叶片,推动移动的驱动轴连接。轴然后把泵的一些kind-whether直接移动一块石头在谷物(风车),或推动能源发电机产生电力,马上可以使用或储存在电池里。

一个发电系统(风力涡轮机)的过程包括以下步骤:

风把刀片

在理想的情况下,风车或风力涡轮机位于一个地方与普通和一致的风。空气运动推动专门设计的叶片,让风把它们尽可能容易。叶片可以因此被逆风设计或顺风位置。

动能转换

动能是来自风的自由能。我们能够使用或储存更多的能量,它需要被改变成一个可用的形式的电力。动能转换成机械能当风满足风车叶片,推动他们。叶片的运动然后变成一个驱动轴。

发电

风力涡轮机,一个旋转的驱动轴连接到一个变速箱增加旋转的速度100倍——这反过来推动发电机。因此,最终齿轮旋转的速度远远超过叶片被风推。一旦这些齿轮达到足够快的速度,他们能电力发电机产生电力。

变速箱是最昂贵的和重型涡轮机的一部分,和工程师正在直接驱动发电机,可以以较低的速度(所以他们不需要齿轮箱)。

变压器将电能

发电机产生的电力是60赫兹交流电(交流电)电。可能需要一个变压器来转换到另一种类型的电力,这取决于当地的需求。

电力使用或储存

风力发电机产生的电力可能使用现场(更可能是适用于中小风电项目),它可以交付给输电线路使用,也可以是存储在一个电池。

更高效的电池存储未来的发展风能的关键。增加存储容量意味着少时候风一吹,存储发电多风的日子可以补充它。风的变化将变得不那么可靠的风力发电的一个障碍。

风电场是什么?

一个风力发电场是风力发电机构成的集合类型的发电厂,从风力发电。没有官方数字要求被视为一个风电场的安装,所以它可能包括几个或数百个风力涡轮机在同一个地方工作,是否在陆地或海上。

风能的优点和缺点