 有时很难把空气想象成流体。它似乎完全看不见。但空气确实是流体，与其他流体的区别在于它的粒子是气体形式而不是液体形式。当空气以风的形式快速移动时，这些粒子也在快速移动。运动意味着存在可以捕获的动能，就像流水中的能量可以通过水电站大坝中的涡轮捕获一样。在风力发电涡轮机中，涡轮叶片旨在捕获风中的动能。其余结构几乎与水力发电装置完全一样：当涡轮叶片捕获风能并开始转动时，它们会转动转子中心与发电机之间的转轴。发电机将转动能转换为电力。就其本质而言，通过风来发电就是将能量从一种介质中转移到另一种介质。 风能完全来自于太阳。当太阳加热某块陆地时，这块陆地周围的空气会吸收掉部分热量。达到一定温度后，较热的空气开始非常快地上升，因为在体积相同的情况下，热空气比冷空气要轻。移动较快（较热）的空气粒子比移动较慢的粒子产生的压力大，因此在给定高度下维持正常气压所需的粒子较少（-要了解有关空气温度和压力的更多信息，请参见热气球工作原理）。当较轻的热空气突然上升时，较冷的空气会快速流入以填补热空气留下的空隙。这股流入以填补空隙的空气就是风。 如果您在朝着风所经过的通道上放置类似转子叶片的物体，风将推动它，从而将部分动能转移到叶片上。这就是风力涡轮机从风中捕获能量的方式。帆船利用的也是这种原理。当移动的空气推动风帆时，船就会移动。风将它的动能转移到了帆船上。 最简单的风力涡轮机包括以下三个主要部分： 转子叶片——叶片在本质上是系统的帆；它们以最简单的方式充当风的障碍（更现代的叶片设计超越了这种障碍法）。当风使叶片运动起来时，便将部分能量转移给了转子。 转轴——风力涡轮机转轴与转子中心相连。当转子旋转时，转轴也随之转动。这样，转子将它的机械转动能转移到转轴，而转轴另一端连接着发电机。 发电机——从最基础的角度来说，发电机是一件非常简单的设备。它利用电磁感应的特性产生电压，也就是电荷差异。电压在本质上是电的压力，它是将电（或者说是电流）从一点移动到另一点的力。因此产生电压实际就是产生电流。简单发电机由磁体和导体组成。导体通常是线圈。在发电机内，转轴与缠绕着线圈的永磁体连接。在电磁感应过程中，如果导体周围有磁体，那么当其中的磁体与导体之间发生相对旋转时，便会在导体中感应出电压。当转子旋转转轴时，转轴便会旋转磁体部件，从而在线圈中产生电压。电压使电流（通常是交流电，也叫作AC电流）通过电线流出以进行配电。（要了解关于电磁感应的更多信息，请参见电磁体工作原理；要了解有关涡轮机驱动发电机的更多信息，请参见水电站工作原理） 现在我们已经看过了简化系统，接下来我们将看看风力发电场和乡村后院里所使用到的现代技术。同上面相比，这些略显复杂，但基本原理相同。 风能历史  GNU.org供图 摄影师：迈克尔·里夫 匹斯通风车被认为是不列颠群岛上最古老的风车。 早在公元前3000年，埃及人便以帆船的形式首次利用到了风能。帆捕获风中的能量以推动船只在水上航行。最早的风车（用于碾磨谷物）出现于大约公元前2000年的古巴比伦或公元前200年的古波斯，对于这一问题众人各持己见，并无定论。这些早期的设备由一根或多根垂直安装的木梁组成，木梁底部安有磨盘，木梁与随风旋转的转轴相连。使用风能碾磨谷物的做法迅速在中东传播，而在风车被广泛使用很久以后欧洲才出现首个风车。始于公元前11世纪，欧洲的十字军战士将风车的概念带回家，于是我们大多数人所熟悉的荷兰式风车就此诞生。 风能技术的现代发展和应用起步于20世纪30年代，当时预计有600,000个风车为乡村地区提供电力和泵水服务。在大规模配电扩展到农场和乡村以后，美国的风能使用开始减少，但在20世纪70年代初美国出现石油短缺后又重新恢复。在过去30年中，风能利用的研究与发展受联邦政府利息和税收鼓励的影响而上下波动。在80年代中期，风力涡轮机的最大功率通常为150kW。2006年，商用大规模涡轮机的功率通常超过1MW，最高可达4MW。 当您谈到现代风力涡轮机时，想到的主要是以下两种设计：水平轴风力涡轮机和垂直轴风力涡轮机。垂直轴风力涡轮机（VAWT）非常罕见。当前唯一的商业产品是Darrieus涡轮机，这种涡轮机像打蛋器。  NREL（左图）和Solwind Ltd供图 垂直轴风力涡轮机（左图：Darrieus涡轮机） 在垂直轴风力涡轮机中，转轴安装在垂直轴上，与地面垂直。与水平轴式的同类产品不同，垂直轴风力涡轮机始终与风向保持一致，因此当风向改变时无需调整；但垂直轴风力涡轮机不能自己启动——它需要电力系统的推动才能启动。它通常使用拉索而不是塔架进行支撑，因此转子高度较低。较低的高度意味着风速因地面阻碍而较慢，所以垂直轴风力涡轮机的效率通常要比水平轴风力涡轮机低。从有利的一面来说，所有设备都处于地面高度便于安装和维修；但这意味着涡轮机的占地面积较大，对于农作物种植区来说，这是相当不利的一面。 
|
|
|
