风的能量

估计地球所吸收的太阳能有1%到3%转化为风能，总量相当于地球上所有植物通过光合作用吸收太阳能转化为化学能的50到100倍。上了高空就会发现风的能量，那儿有时速超过160公里（100英哩160 km/h 100 mph）的强风。这些风量最后和地表及大气间摩擦而以各种热能方式释放。

风的成因

太阳照射极地和赤道的不均匀使得地表的受热不均匀。

地表温度上升的速度较海面快。

大气中同温层如同天花板的效应加速了气体的对流。

季节的变化。

科氏力。

吸收风能因素

风能可以通过风车来提取。当风吹动涡轮时，风力带风车动绕轴旋转，使得风能转化为机械能。而风能转化量直接与空气密度、涡轮扫过的面积和风速的三次方成正比。风吹过风机涡轮（Wind turbine）而使得风速减弱，这也限制了涡轮可提取的能量。1919年， 德国物理学家贝兹（Betz, 1885-1968）认为，不管如何设计涡轮，风机最多只能提取风中59%的能量，此称为贝兹极限定律（Betz limit）。 现今正在运作的涡轮所能达到的极限约为35%。 大多数风机实际效率范围从5%到25%。风力发电机又可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机，垂直轴风力发电机又分为几种，譬如Darrieus风机或Gorlov风机。

2002年位于科罗拉多的李大农场设施所测风速（红色）和产生的能量（蓝色）。直方图显示被测量的数据，而曲线是相同的平均风速分布（Rayleigh模式）。能源是风直接通过一个直径100米的圆圈而计算的。一年通过这个圈子的总能量为15.4千兆瓦小时。

因为自然界中的风速常变化，并且给定地点所得的潜势风能（Potential wind energy）并不代表风力发电机在该处实际可以产生的能量。为了估计在某一特定位置的风速频率，必须使用风速概率分布函数来分析该地的风速历史数据。风力发电最常用的风速概率函数为韦伯分布[[（Weibull distribution）]，可较准确地反映在各个地点每小时的风速概率分布。韦伯分布中形状参数k = 2时便是莱利分布（Rayleigh distribution），莱利分布的另一参数可由平均风速来换算，因此莱利分布常被作为一个较粗略但更简单的概率模型。

因为地表附近，高度愈高，风速愈大。而风能是与风速的三次方成所正比，所以风机高度愈高，发电量愈多，因此现今有许多风机的高度都超过100 m。

因为自然界中的风速并不稳定，所以无法像使用燃料的火力发电厂一样，可以依照用电需求来调整发电量。因此风力发电整年发电量的计算方法与其他能源不同。安装良好的风力发电机实际的发电量可达35%，跟一般使用燃料的发电厂的涡轮机相比（1000kW的风力发电机），每年可发电量最多可到350kW。虽然风能输出的功率是难以预测的，但每年发电量的变化应在几个百分比之内。

因风能不能持续产生，常以抽水蓄能电站或其他方法来储存风能以保持电力能持续供应，这大约增加25%费用。

风能利用技术的不断革新，使这种丰富的无污染能源正重放异彩。据估计，二三十年内，风力发电量将要占欧洲共体（欧盟）电占全国总电力的30%左右。

风力发电厂

风力发电厂（wind farm）是在同一地点的一群风力发动机用来产生电力。一个大型风力发电厂可能包括几百个独立的风力涡轮机，并覆盖数百平方英里的扩展区域，但在涡轮机之间的土地仍然可用于农业或其他用途，但是许多机种都有噪音过大的问题、因此必须远离住家。风力发电厂既可以位于在陆地上，也可以位于在海洋上。

风能应用

发电

帆船

抽水（地下水或海水）与灌溉

磨坊

  内蒙古草原上的风力发电机

风能优点

风能设施日趋进步，大量降低生产成本，是再生能源中相当具有经济竞争力及发展潜力的；在许多情况下，风力发电成本已经足以与传统发电相比，甚至在一些地方（如美国中西部），风力已经比燃煤发电便宜很多。

风能设施多为立体化设施，在适当地点使用适当机器，对陆地和生态的破坏较低。

风力发电是可再生能源，空气污染及碳排放很少，其他环境成本也低。

风力发电可以是分散式发电，没有大型发电设施过于集中的风险。

风力发电机随时可以卸载，增加电网稳定性。

风能缺点

  位置香港南丫岛的风力发电站

风力发电在生态上的问题是可能干扰鸟类，如美国堪萨斯州的松鸡在风车出现之后已渐渐消失 。目前其中一个解决方案是海上离岸发电，离岸发电成本较高但效率也高；另一个解决方案则是小型垂直风力发电，这种风力发电可以架设在自家屋顶及后院。

在部分地区，风力发电的经济性不足，许多地区的风力为间歇性，更糟糕的情况是如中国台湾等地于电力需求较高的夏季及白日却是风力较少的时段。这必须要等待储能系统的发展。

大型风力发电需要大量土地兴建风力发电场，才可以生产比较多的能源。

进行风力发电时，中大型风力发电机会发出庞大的噪音，所以设立地点必须远离住家，或使用小型低噪音机种。

风力发电的发展

全球发展现况

风力发电自80年代开始受到欧美各国重视以来，至今全球风力发电量每年快速成长。

  全球风力装置容量

各国政策目标

2020年各国再生能源占发电量比例之目标 ：

各国鼓励政策

目前世界各国的可再生能源推动制度，主要可分为 ：

固定电价系统（fixed-price systems）：由政府制订可再生能源优惠收购电价，由市场决定数量。其主要之方式包括：

设备补助（investment subsidies）：丹麦、德国及西班牙等在风力发电发展初期，皆采行设备补助的方式。

固定收购价格（fixed feed-in tariffs）：德国、丹麦及西班牙。

固定补贴价格（fixed-premium systems）。

税赋抵减（tax credits）：美国。

固定电量系统（fixed quantity systems）：又称可再生能源配比系统（renewable-quota system，美国称为Renewable Portfolio Standard），由政府规定再生能源发电量，由市场决定价格。其主要之方式包括：

竞比系统（tendering systems）：英国、爱尔兰及法国。

可交易绿色凭证系统（tradable green certificate systems）：英国、瑞典、比利时、意大利及日本。

两种推动制度之用意为形成保护市场，透过政府的力量让可再生能源于电力市场上更具投资效益，而其最终目的为提升技术与降低成本，以确保可再生能源未来能于自由市场中与传统能源竞争。

参考文献

中国风力发电

高空风力发电机

浮动风力发电机 （ 英语 ： Floating wind turbine ）

各国可再生能源电力产量列表

风力涡轮机制造商列表 （ 英语 ： List of wind turbine manufacturers ）

各国海上风电场列表 （ 英语 ： Lists of offshore wind farms by country ）

各国风电场列表 （ 英语 ： Lists of wind farms by country ）

垂直轴风力涡轮机 （ 英语 ： Vertical axis wind turbine ）

风力混合动力系统 （ 英语 ： Wind hybrid power system ）

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