 有時(shí)很難把空氣想象成流體。它似乎完全看不見。但空氣確實(shí)是流體，與其他流體的區(qū)別在于它的粒子是氣體形式而不是液體形式。當(dāng)空氣以風(fēng)的形式快速移動(dòng)時(shí)，這些粒子也在快速移動(dòng)。運(yùn)動(dòng)意味著存在可以捕獲的動(dòng)能，就像流水中的能量可以通過水電站大壩中的渦輪捕獲一樣。在風(fēng)力發(fā)電渦輪機(jī)中，渦輪葉片旨在捕獲風(fēng)中的動(dòng)能。其余結(jié)構(gòu)幾乎與水力發(fā)電裝置完全一樣：當(dāng)渦輪葉片捕獲風(fēng)能并開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它們會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子中心與發(fā)電機(jī)之間的轉(zhuǎn)軸。發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電力。就其本質(zhì)而言，通過風(fēng)來發(fā)電就是將能量從一種介質(zhì)中轉(zhuǎn)移到另一種介質(zhì)。 風(fēng)能完全來自于太陽。當(dāng)太陽加熱某塊陸地時(shí)，這塊陸地周圍的空氣會(huì)吸收掉部分熱量。達(dá)到一定溫度后，較熱的空氣開始非?？斓厣仙?，因?yàn)樵隗w積相同的情況下，熱空氣比冷空氣要輕。移動(dòng)較快（較熱）的空氣粒子比移動(dòng)較慢的粒子產(chǎn)生的壓力大，因此在給定高度下維持正常氣壓所需的粒子較少（-要了解有關(guān)空氣溫度和壓力的更多信息，請(qǐng)參見熱氣球工作原理）。當(dāng)較輕的熱空氣突然上升時(shí)，較冷的空氣會(huì)快速流入以填補(bǔ)熱空氣留下的空隙。這股流入以填補(bǔ)空隙的空氣就是風(fēng)。 如果您在朝著風(fēng)所經(jīng)過的通道上放置類似轉(zhuǎn)子葉片的物體，風(fēng)將推動(dòng)它，從而將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)移到葉片上。這就是風(fēng)力渦輪機(jī)從風(fēng)中捕獲能量的方式。帆船利用的也是這種原理。當(dāng)移動(dòng)的空氣推動(dòng)風(fēng)帆時(shí)，船就會(huì)移動(dòng)。風(fēng)將它的動(dòng)能轉(zhuǎn)移到了帆船上。 最簡(jiǎn)單的風(fēng)力渦輪機(jī)包括以下三個(gè)主要部分： 轉(zhuǎn)子葉片——葉片在本質(zhì)上是系統(tǒng)的帆；它們以最簡(jiǎn)單的方式充當(dāng)風(fēng)的障礙（更現(xiàn)代的葉片設(shè)計(jì)超越了這種障礙法）。當(dāng)風(fēng)使葉片運(yùn)動(dòng)起來時(shí)，便將部分能量轉(zhuǎn)移給了轉(zhuǎn)子。 轉(zhuǎn)軸——風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)子中心相連。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)軸也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，轉(zhuǎn)子將它的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)軸，而轉(zhuǎn)軸另一端連接著發(fā)電機(jī)。 發(fā)電機(jī)——從最基礎(chǔ)的角度來說，發(fā)電機(jī)是一件非常簡(jiǎn)單的設(shè)備。它利用電磁感應(yīng)的特性產(chǎn)生電壓，也就是電荷差異。電壓在本質(zhì)上是電的壓力，它是將電（或者說是電流）從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)的力。因此產(chǎn)生電壓實(shí)際就是產(chǎn)生電流。簡(jiǎn)單發(fā)電機(jī)由磁體和導(dǎo)體組成。導(dǎo)體通常是線圈。在發(fā)電機(jī)內(nèi)，轉(zhuǎn)軸與纏繞著線圈的永磁體連接。在電磁感應(yīng)過程中，如果導(dǎo)體周圍有磁體，那么當(dāng)其中的磁體與導(dǎo)體之間發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)，便會(huì)在導(dǎo)體中感應(yīng)出電壓。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸時(shí)，轉(zhuǎn)軸便會(huì)旋轉(zhuǎn)磁體部件，從而在線圈中產(chǎn)生電壓。電壓使電流（通常是交流電，也叫作AC電流）通過電線流出以進(jìn)行配電。（要了解關(guān)于電磁感應(yīng)的更多信息，請(qǐng)參見電磁體工作原理；要了解有關(guān)渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的更多信息，請(qǐng)參見水電站工作原理） 現(xiàn)在我們已經(jīng)看過了簡(jiǎn)化系統(tǒng)，接下來我們將看看風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)和鄉(xiāng)村后院里所使用到的現(xiàn)代技術(shù)。同上面相比，這些略顯復(fù)雜，但基本原理相同。 風(fēng)能歷史  GNU.org供圖 攝影師：邁克爾·里夫 匹斯通風(fēng)車被認(rèn)為是不列顛群島上最古老的風(fēng)車。 早在公元前3000年，埃及人便以帆船的形式首次利用到了風(fēng)能。帆捕獲風(fēng)中的能量以推動(dòng)船只在水上航行。最早的風(fēng)車（用于碾磨谷物）出現(xiàn)于大約公元前2000年的古巴比倫或公元前200年的古波斯，對(duì)于這一問題眾人各持己見，并無定論。這些早期的設(shè)備由一根或多根垂直安裝的木梁組成，木梁底部安有磨盤，木梁與隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸相連。使用風(fēng)能碾磨谷物的做法迅速在中東傳播，而在風(fēng)車被廣泛使用很久以后歐洲才出現(xiàn)首個(gè)風(fēng)車。始于公元前11世紀(jì)，歐洲的十字軍戰(zhàn)士將風(fēng)車的概念帶回家，于是我們大多數(shù)人所熟悉的荷蘭式風(fēng)車就此誕生。 風(fēng)能技術(shù)的現(xiàn)代發(fā)展和應(yīng)用起步于20世紀(jì)30年代，當(dāng)時(shí)預(yù)計(jì)有600,000個(gè)風(fēng)車為鄉(xiāng)村地區(qū)提供電力和泵水服務(wù)。在大規(guī)模配電擴(kuò)展到農(nóng)場(chǎng)和鄉(xiāng)村以后，美國的風(fēng)能使用開始減少，但在20世紀(jì)70年代初美國出現(xiàn)石油短缺后又重新恢復(fù)。在過去30年中，風(fēng)能利用的研究與發(fā)展受聯(lián)邦政府利息和稅收鼓勵(lì)的影響而上下波動(dòng)。在80年代中期，風(fēng)力渦輪機(jī)的最大功率通常為150kW。2006年，商用大規(guī)模渦輪機(jī)的功率通常超過1MW，最高可達(dá)4MW。 當(dāng)您談到現(xiàn)代風(fēng)力渦輪機(jī)時(shí)，想到的主要是以下兩種設(shè)計(jì)：水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)和垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)。垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)（VAWT）非常罕見。當(dāng)前唯一的商業(yè)產(chǎn)品是Darrieus渦輪機(jī)，這種渦輪機(jī)像打蛋器。  NREL（左圖）和Solwind Ltd供圖 垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)（左圖：Darrieus渦輪機(jī)） 在垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)中，轉(zhuǎn)軸安裝在垂直軸上，與地面垂直。與水平軸式的同類產(chǎn)品不同，垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)始終與風(fēng)向保持一致，因此當(dāng)風(fēng)向改變時(shí)無需調(diào)整；但垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)不能自己?jiǎn)?dòng)——它需要電力系統(tǒng)的推動(dòng)才能啟動(dòng)。它通常使用拉索而不是塔架進(jìn)行支撐，因此轉(zhuǎn)子高度較低。較低的高度意味著風(fēng)速因地面阻礙而較慢，所以垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)的效率通常要比水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)低。從有利的一面來說，所有設(shè)備都處于地面高度便于安裝和維修；但這意味著渦輪機(jī)的占地面積較大，對(duì)于農(nóng)作物種植區(qū)來說，這是相當(dāng)不利的一面。 
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