第1章　概述

1.1　风能的利用

人类利用风能的历史可以追溯到公元前。我国是世界上最早利用风能的国家之一。公元前数世纪我国人民就利用风力提水、灌溉、磨面、舂米，用风帆推动船舶前进。宋代更是我国应用风车的全盛时代，当时流行的垂直轴风车，一直沿用至今。在国外，公元前2世纪，古波斯人就利用垂直轴风车碾米。11世纪风车在中东已获得广泛的应用。13世纪风车传至欧洲，14世纪已成为欧洲不可缺少的原动机。在荷兰，风车先用于莱茵河三角洲湖地和低湿地的汲水，后又用于榨油和锯木。直到蒸汽机的出现，欧洲风车数目才急剧下降。

数千年来，风能技术发展缓慢，也没有引起人们足够的重视。但自1973年世界石油危机以来，在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，风能作为新能源的一部分才重新有了长足的发展。风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力，特别是对沿海岛屿、交通不便的边远山区、地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，有着十分重要的意义。即使在发达国家，风能作为一种高效清洁的新能源也日益受到重视。美国早在1974年就开始实行联邦风能计划，并于20世纪80年代成功开发了100kW、200kW、2000kW、2500kW、6200kW、7200kW等6种风力机组。目前美国已成为世界上风力机装机容量最多的国家。

瑞典、荷兰、英国、丹麦、德国、日本、西班牙等国家也根据各自的情况制定了相应的风力发电计划。如丹麦在1978年即建成了日德兰风力发电站，装机容量2000kW，三片风叶的扫掠直径为54m，混凝土塔高58m。德国早在1980年，在易北河口建成了一座风力电站，装机容量为3000kW。英国的英伦三岛濒临海洋，风能十分丰富，政府对风能开发也十分重视，到1990年风力发电已占英国总发电量的2％。在日本，1991年10月轻津海峡青森县的日本最大的风力发电站投入运行，5台风力发电机可为700户家庭提供电力。

风能的利用主要是以风能作动力和风力发电两种形式，其中又以风力发电为主。以风能作动力，就是利用风来直接带动各种机械装置，如风力泵水、风帆助航等。

1.1.1　风帆助航

最早的利用方式是“风帆行舟”，利用风力使船只在海面上航行。哥伦布、麦哲伦以及中国的郑和等的远洋航行使用的船只都是帆船，古老的风帆助航业得到了发展。在现代，随着电子计算机和自动化技术的发展，用计算机自动控制风帆的操纵及风帆与动力装置的优化配合已经成为现实，为风帆船的发展提供了有力的支持。20世纪80年代，日本建造的“新爱德丸”风帆油船是世界上第一艘实现非人工操帆的风帆船，该船投入营运以来，取得了节省燃料费50％的目标。我国近年来所研制的风帆船，也已取得了初步的成果。

1.1.2　风车提水

利用风车提水可以治理山丘区坡耕地和解决人畜饮水问题，既经济、又环保。我国现有耕地18亿亩，灌溉面积仅为耕地面积的一半左右，因为干旱缺水等原因，60％的耕地属中低产田。中低产田的现状都是靠天吃饭，风调雨顺则好，一遇到连旱则大幅欠收或绝收。利用当地丰富的风力资源，用风力提水设备将井里或低洼地的水提升到田里，既不用油又不用电，政府一次性投资，百姓终身收益，可谓一举两得。

1.1.3　风力发电

近百年来，荷兰、西班牙和希腊等国的乡村居民都会利用风车来发电。但是利用风车做风力发电既不稳定也不可靠，所以，当其他有效动力资源一出现，风车的地位随即被取代了。

近年来，由于传统燃料价格上涨，导致工程师们尝试发展其他更好的方法利用风力。风力虽不很稳定，但是比其他动力资源要来得便利，因为风向自由、清洁、不会产生有毒的废物，不会产生不良的副作用等。而且风可以推陈出新、供应不断，这是由于太阳照射局部的地球表面，使大气压力因地球表面的温差而异，已知空气因压力差而流动；所以只要有太阳的照射，风就会不断地吹。

现代风力机使得持续稳定地利用风能成为可能。

在电力不足的地区，为节省柴油机发电的燃料，可以采用风力发电与柴油机发电互补，组成风-柴互补发电系统。

风力发电场（简称风电场），是将多台大型并网式的风力发电机安装在风能资源好的场地，按照地形和主风向排成阵列，组成机群向电网供电。风力发电机就像种庄稼一样排列在地面上，故形象地称为“风力田”。风力发电场于20世纪80年代初在美国的加利福尼亚州兴起，目前世界上最大的风电场是洛杉矶附近的特哈查比风电场，装机容量超过50×104kW，年发电量为14亿千瓦时，约占世界风力发电总量的23％。