风能是指地表空气流动所产生的动能,实际上也是太阳能的一种转化形式。太阳辐射造成地球表面各部分受热不均匀,引起大气层中的压力分布不平衡,空气沿水平方向运动就会形成风。风能的储量非常巨大,据估计,地球吸收的太阳能1%-3%转化为风能,一年中可开发利用的能量约53亿千瓦时,是地球上可开发利用水能总量的10倍以上,而且是可再生的清洁能源,储量大、分布广;缺点是风能的能量密度低,并且不稳定。
在一定的技术条件下,风能可作为一种重要的能源得到开发利用。人类对风能的利用具有悠久的历史,公元前,古埃及、中国、古巴比伦等已利用风力提水、灌溉、磨面,用风帆推动船舶前进等。唐代就有“长风破浪会有时,直挂云帆济沧海”的诗句,可见中国利用风能之早。13世纪,风车由中东传至欧洲,成为欧洲不可缺少的原动机,也成为荷兰著名的风光之一。对风能的利用,主要是通过综合性工程技术,采用风力机将风的动能转化成机械能、电能和热能等。
目前,风能的利用主要是采用涡轮叶片将气流的机械能转为电能,即风力发电。夏威夷岛上建成了世界上最大的风力发电机组,其风力机叶片直径为97.5米,重达144吨,风轮迎风角的调整和机组的运行都由计算机控制,年发电量可达1000万千瓦时。
风能的储量是丰富的,近乎无尽,分布广泛,干净且可缓和温室效应。理论上来说,风能是清洁和环保的。但风能也有其固有的弊端,如风力的间歇性和不稳定性,转化效率低等;风力发电机的噪声会对环境和生态带来不利影响,风力发电机制造过程中(叶片为玻璃纤维或碳纤维等)带来的污染等问题。另外,风速对于改善环境起着重要作用,风能的利用改变了风速,改变了风力对近地层热量交换和空气流动的影响,极有可能会导致空气质量的恶化,如加剧雾霾等。因此,风能利用的长期和潜在影响有待进一步考证。
虽然技术的进步,将使太阳能和风能等的成本下降,竞争力与日俱增。但当下并没有一种高效的储存电量的方法,所有的火电、水电、核电等都是即发即用,尤其是太阳能与风能都是间歇性的、不可调的,发电峰值与用电峰值并不匹配,不刮风时,风力发电机就是几十根铁柱子,而即使发了一点电,还有可能会给电网的调配带来麻烦,也决定了其利用的限制性。另外,在目前中国总体电量过剩的情况下,不管风力发电机组发不发电,总的发电量都够用,因此,经常看到很多风力发电机组都是处于停工状态,建设更多的风力发电机组是对资源的极大浪费。
另外,风能的利用装置都有一定的寿命,一般最长设计寿命只有20年,也会严重影响这类新能源的快速发展。尤其是报废装置后续处理过程中,这些特殊材料对环境带来的影响,必须充分考虑。