風(fēng)力發(fā)電是如何工作的

早在公元前 3000 年，人們就開始使用風(fēng)能。

有時很難將空氣想象成一種流體。它只是看起來如此......隱形。但是空氣和其他任何流體一樣都是流體，只是它的粒子是氣體形式而不是液體。當(dāng)空氣以風(fēng)的形式快速移動時，這些粒子也在快速移動。運動意味著可以捕獲的動能，就像水電大壩中的渦輪機可以捕獲流動水中的能量一樣。在風(fēng)電渦輪機的情況下，渦輪機葉片設(shè)計用于捕獲風(fēng)中的動能。其余部分幾乎與水力發(fā)電裝置相同：當(dāng)渦輪葉片捕獲風(fēng)能并開始移動時，它們會旋轉(zhuǎn)從轉(zhuǎn)子輪轂到發(fā)電機的軸。發(fā)電機將旋轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)化為電能. 從本質(zhì)上講，風(fēng)能發(fā)電就是將能量從一種介質(zhì)轉(zhuǎn)移到另一種介質(zhì)。

風(fēng)能一切始于太陽。當(dāng)太陽加熱一定面積的陸地時，該陸地塊周圍的空氣會吸收一些熱量。在一定溫度下，較熱的空氣開始迅速上升，因為給定體積的熱空氣比等體積的較冷空氣輕。運動較快（較熱）的空氣粒子比運動較慢的粒子施加更大的壓力，因此在給定高度維持正常氣壓所需的空氣更少（請參閱熱氣球的工作原理以了解有關(guān)空氣溫度和壓力的更多信息）。當(dāng)較輕的熱空氣突然上升時，較冷的空氣會迅速流入以填補熱空氣留下的空隙。沖進(jìn)來填補空隙的空氣就是風(fēng)。

如果你在風(fēng)的路徑上放置一個像轉(zhuǎn)子葉片這樣的物體，風(fēng)會推動它，將它自己的一些運動能量轉(zhuǎn)移到葉片上。這就是風(fēng)力渦輪機從風(fēng)中獲取能量的方式。同樣的事情也發(fā)生在帆船上。當(dāng)移動的空氣推動帆的屏障時，它會導(dǎo)致船移動。風(fēng)把它自己的運動能量轉(zhuǎn)移到了帆船上。

在下一節(jié)中，我們將了解風(fēng)力渦輪機的不同部分。

風(fēng)力渦輪機的零件

風(fēng)能的歷史早在公元前3000年，人們就在埃及以帆船的形式首次利用風(fēng)能。帆捕捉風(fēng)中的能量，將船拉過水面。最早用于碾磨谷物的風(fēng)車出現(xiàn)在公元前 2000 年的古巴比倫或公元前 200 年的古波斯，這取決于你問誰。這些早期的設(shè)備由一根或多根垂直安裝的木梁組成，木梁的底部是一塊磨石，連接到一個隨風(fēng)轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)軸上。利用風(fēng)能碾磨谷物的概念在中東迅速傳播，早在第一臺風(fēng)車出現(xiàn)在歐洲之前就已廣泛使用。從公元 11 世紀(jì)開始，歐洲十字軍將這一概念帶回家，我們最熟悉的荷蘭式風(fēng)車誕生了。到 1930 年代，風(fēng)能技術(shù)和應(yīng)用的現(xiàn)代發(fā)展正在順利進(jìn)行，當(dāng)時估計有 600,000 臺風(fēng)車為農(nóng)村地區(qū)提供電力和抽水服務(wù)。一旦大范圍的電力分配擴展到農(nóng)場和鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)，美國的風(fēng)能使用開始減少，但在 1970 年代初期美國石油短缺之后再次回升。在過去的 30 年中，研發(fā)隨著聯(lián)邦政府的利益和稅收優(yōu)惠而波動。在 80 年代中期，風(fēng)力渦輪機的典型最大額定功率為 150 kW。2006 年，商用、公用事業(yè)規(guī)模的渦輪機的額定功率通常超過 1 兆瓦，并且可提供高達(dá) 4 兆瓦的容量。

最簡單的風(fēng)能渦輪機由三個關(guān)鍵部分組成：

轉(zhuǎn)子葉片- 葉片基本上是系統(tǒng)的帆；在最簡單的形式中，它們充當(dāng)風(fēng)的屏障（更現(xiàn)代的葉片設(shè)計超越了屏障方法）。當(dāng)風(fēng)迫使葉片移動時，它已將部分能量傳遞給轉(zhuǎn)子。

軸- 風(fēng)力渦輪機軸連接到轉(zhuǎn)子的中心。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，軸也會旋轉(zhuǎn)。通過這種方式，轉(zhuǎn)子將其機械旋轉(zhuǎn)能傳遞給軸，該軸在另一端進(jìn)入發(fā)電機。發(fā)電機- 最基本的發(fā)電機是一個非常簡單的設(shè)備。它利用電磁感應(yīng)的特性產(chǎn)生電壓 - 電荷的差異。電壓本質(zhì)上是電壓——它是將電流或電流從一個點移動到另一個點的力。所以產(chǎn)生電壓實際上就是產(chǎn)生電流。一個簡單的發(fā)電機由磁鐵和導(dǎo)體組成。導(dǎo)體通常是盤繞線。在發(fā)電機內(nèi)部，軸連接到圍繞線圈的永磁體組件。在電磁感應(yīng)中，如果你有一個被磁鐵包圍的導(dǎo)體，并且其中一個部件相對于另一個旋轉(zhuǎn)，它會在導(dǎo)體中感應(yīng)出電壓。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸時，軸旋轉(zhuǎn)磁鐵組件，在線圈中產(chǎn)生電壓。該電壓驅(qū)動電流（通常是交流電，或交流電源）通過電源線進(jìn)行分配。（看電磁體如何工作以了解有關(guān)電磁感應(yīng)的更多信息，并參閱水力發(fā)電廠如何工作以了解有關(guān)渦輪驅(qū)動發(fā)電機的更多信息。）

既然我們已經(jīng)研究了一個簡化的系統(tǒng)，我們將繼續(xù)討論您今天在風(fēng)電場和農(nóng)村后院看到的現(xiàn)代技術(shù)。它有點復(fù)雜，但基本原理是相同的。

現(xiàn)代風(fēng)電技術(shù)

當(dāng)您談?wù)摤F(xiàn)代風(fēng)力渦輪機時，您會看到兩種主要設(shè)計：水平軸和垂直軸。垂直軸風(fēng)力渦輪機( VAWT ) 非常罕見。目前唯一投入商業(yè)生產(chǎn)的是 Darrieus 渦輪機，它看起來有點像打蛋器。

照片由NREL（左）和Solwind Ltd提供垂直軸風(fēng)力渦輪機（左：Darrieus 渦輪機）NREL照片由NREL（左）和Solwind Ltd提供垂直軸風(fēng)力渦輪機（左：Darrieus 渦輪機）Solwind Ltd提供

照片由NREL（左）和Solwind Ltd提供垂直軸風(fēng)力渦輪機（左：Darrieus 渦輪機）

在 VAWT 中，軸安裝在垂直于地面的垂直軸上。與水平軸對應(yīng)物不同，VAWT 始終與風(fēng)對齊，因此當(dāng)風(fēng)向變化時無需調(diào)整；但是 VAWT 無法自行開始移動——它需要從其電氣系統(tǒng)中獲得動力才能啟動。它通常不使用塔架，而是使用拉線進(jìn)行支撐，因此轉(zhuǎn)子高度較低。由于地面干擾，較低的海拔意味著風(fēng)速較慢，因此 VAWT 通常比 HAWT 效率低。從好的方面來說，所有設(shè)備都在地面上，便于安裝和維修；但這意味著渦輪機的占地面積更大，這對農(nóng)業(yè)地區(qū)來說是一個很大的負(fù)面影響。

Darrieus 設(shè)計的 VAWT

VAWT 可用于小型渦輪機和農(nóng)村地區(qū)的抽水，但所有商業(yè)生產(chǎn)的公用事業(yè)級風(fēng)力渦輪機都是水平軸風(fēng)力渦輪機( HAWT )。

顧名思義，HAWT 軸水平安裝，與地面平行。HAWT 需要使用偏航調(diào)整機制不斷地與風(fēng)對齊。偏航系統(tǒng)通常由電動機

和齒輪箱組成，它們以小增量向左或向右移動整個轉(zhuǎn)子。渦輪機的電子控制器讀取風(fēng)向標(biāo)設(shè)備（機械或電子）的位置，并調(diào)整轉(zhuǎn)子的位置以捕獲最多的可用風(fēng)能。HAWT 使用塔架將渦輪機部件提升到風(fēng)速的最佳高度（因此葉片可以清理地面）并占用非常少的地面空間，因為幾乎所有部件都高達(dá) 260 英尺（80 米）。空氣。

大型 HAWT 組件：

轉(zhuǎn)子葉片- 捕獲風(fēng)能并將其轉(zhuǎn)換為軸的旋轉(zhuǎn)能軸- 將旋轉(zhuǎn)能量傳遞到發(fā)電機機艙- 容納 齒輪箱的外殼 （增加轉(zhuǎn)子輪轂和發(fā)電機之間的軸速度）， 發(fā)電機（利用軸的旋轉(zhuǎn)能量通過電磁發(fā)電）， 電子控制單元 （監(jiān)控系統(tǒng)，在發(fā)生故障時關(guān)閉渦輪機并控制偏航機構(gòu)）， 偏航控制器 （移動轉(zhuǎn)子以與風(fēng)向?qū)R）和 制動器（在功率過載或系統(tǒng)故障的情況下停止軸旋轉(zhuǎn)）。塔- 支撐轉(zhuǎn)子和機艙，并將整個裝置提升到更高的高度，葉片可以安全地離開地面電氣設(shè)備- 將發(fā)電機的電力通過塔向下輸送并控制渦輪機的許多安全元件

從開始到結(jié)束，風(fēng)能發(fā)電的過程——并將電力輸送給需要它的人——看起來是這樣的：

渦輪空氣動力學(xué)

與主要依靠風(fēng)力推動葉片運動的老式荷蘭風(fēng)車設(shè)計不同，現(xiàn)代渦輪機使用更復(fù)雜的空氣動力學(xué)原理來最有效地捕獲風(fēng)能。在風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子中起作用的兩個主要氣動力是升力，其作用垂直于風(fēng)流方向；和阻力，其作用平行于風(fēng)流方向。

渦輪葉片的形狀很像飛機機翼——它們使用翼型 設(shè)計。在翼型中，葉片的一個表面有些圓形，而另一個相對平坦。電梯是一個非常復(fù)雜的現(xiàn)象，實際上可能需要博士學(xué)位。在數(shù)學(xué)或物理方面完全掌握。但是在對升力的一種簡化解釋中，當(dāng)風(fēng)在葉片的圓形順風(fēng)面上行進(jìn)時，它必須移動得更快才能及時到達(dá)葉片的末端，才能遇到在葉片平坦的逆風(fēng)面上行進(jìn)的風(fēng)（朝向風(fēng)吹的方向）。由于快速移動的空氣傾向于在大氣中上升，順風(fēng)彎曲的表面最終會在其上方形成一個低壓袋。低壓區(qū)域沿順風(fēng)方向吸入葉片，這種效應(yīng)稱為“升力”。在葉片的上風(fēng)側(cè)，風(fēng)的移動速度變慢，并產(chǎn)生了一個更高的壓力區(qū)域，推動葉片，試圖減慢它的速度。就像在飛機機翼的設(shè)計中一樣，高升阻比對于設(shè)計高效的渦輪葉片至關(guān)重要。渦輪葉片是扭曲的，因此它們始終可以呈現(xiàn)一個利用理想升阻比的角度?？?span style="color: green;">飛機如何工作

以了解有關(guān)升力、阻力和翼型空氣動力學(xué)的更多信息。

空氣動力學(xué)并不是創(chuàng)造有效風(fēng)力渦輪機的唯一設(shè)計考慮因素。尺寸 很重要——渦輪葉片越長（因此轉(zhuǎn)子的直徑越大），渦輪機可以從風(fēng)中捕獲的能量越多，發(fā)電能力就越大。一般來說，轉(zhuǎn)子直徑加倍會使能量輸出增加四倍。然而，在某些情況下，在風(fēng)速較低的地區(qū)，較小直徑的轉(zhuǎn)子最終會比較大的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生更多的能量，因為設(shè)置較小，旋轉(zhuǎn)較小的發(fā)電機所需的風(fēng)力較少，因此渦輪機幾乎可以一直滿負(fù)荷運行。塔高也是影響產(chǎn)能的一個主要因素。渦輪機越高，它可以捕獲的能量就越多，因為風(fēng)速隨著海拔的增加而增加——地面摩擦和地面物體會中斷風(fēng)的流動?？茖W(xué)家估計，海拔每增加一倍，風(fēng)速就會增加 12%。

計算功率

要計算渦輪機實際可以從風(fēng)中產(chǎn)生的電量，您需要知道渦輪機站點的風(fēng)速和渦輪機額定功率。大多數(shù)大型渦輪機以每秒 15 米（33 英里/小時）左右的風(fēng)速產(chǎn)生最大功率?？紤]到穩(wěn)定的風(fēng)速，轉(zhuǎn)子的直徑?jīng)Q定了渦輪機可以產(chǎn)生多少能量。請記住，隨著轉(zhuǎn)子直徑的增加，塔的高度也會增加，這意味著更多地獲得更快的風(fēng)。轉(zhuǎn)子尺寸和最大功率輸出轉(zhuǎn)子直徑（米）功率輸出（千瓦）1025171002722533300405004460048750541000641500722000802500資料來源：丹麥風(fēng)能工業(yè)協(xié)會、美國風(fēng)能協(xié)會

大多數(shù)大型渦輪機以 33 英里/小時的速度產(chǎn)生額定功率，而在 45 英里/小時（每秒 20 米）時，大多數(shù)大型渦輪機都關(guān)閉。如果風(fēng)速威脅到結(jié)構(gòu)，有許多安全系統(tǒng)可以關(guān)閉渦輪機，包括在一些渦輪機中使用的非常簡單的振動傳感器，它基本上由一個連接在鏈條上的金屬球組成，固定在一個微小的基座上。如果渦輪機開始振動超過某個閾值，球就會從基座上掉下來，拉動鏈條并觸發(fā)停機。

渦輪機中最常激活的安全系統(tǒng)可能是“制動”系統(tǒng)，它由高于閾值的風(fēng)速觸發(fā)。這些設(shè)置使用動力控制系統(tǒng)，當(dāng)風(fēng)速過高時，它基本上會踩剎車，然后在風(fēng)速回到 45 英里/小時以下時“松開剎車”?，F(xiàn)代大型渦輪機設(shè)計使用幾種不同類型的制動系統(tǒng)：

變槳控制- 渦輪機的電子控制器監(jiān)控渦輪機的功率輸出。在風(fēng)速超過 45 英里/小時時，功率輸出會過高，此時控制器會告訴葉片改變其槳距，使它們與風(fēng)不對齊。這會減慢刀片的旋轉(zhuǎn)速度。槳距控制系統(tǒng)要求葉片的安裝角度（在轉(zhuǎn)子上）是可調(diào)節(jié)的。被動失速控制- 葉片以固定角度安裝在轉(zhuǎn)子上，但其設(shè)計使得一旦風(fēng)變得太快，葉片本身的扭曲就會施加制動。葉片是傾斜的，因此超過一定速度的風(fēng)會在葉片的上風(fēng)側(cè)引起湍流，從而導(dǎo)致失速。簡單地說，當(dāng)葉片面對迎面風(fēng)的角度變得如此陡峭以至于它開始消除升力時，就會發(fā)生空氣動力學(xué)失速，從而降低葉片的速度。主動失速控制——這種類型的動力控制系統(tǒng)中的葉片是可俯仰的，就像變槳控制系統(tǒng)中的葉片一樣。主動失速系統(tǒng)以俯仰控制系統(tǒng)的方式讀取功率輸出，但不是使葉片與風(fēng)不對齊，而是使葉片俯仰以產(chǎn)生失速。

（有關(guān)升力和靜止的很好解釋，請參見Petester 的基本空氣動力學(xué)。）在全球范圍內(nèi)，至少有 50,000 臺風(fēng)力渦輪機每年生產(chǎn)總計 500 億千瓦時 (kWh)。在下一節(jié)中，我們將研究風(fēng)力資源的可用性以及風(fēng)力渦輪機實際可以產(chǎn)生多少電力。

風(fēng)電資源與經(jīng)濟

瓦？瓦特（W）——發(fā)電量1兆瓦（MW，100萬瓦）的風(fēng)力發(fā)電一年可發(fā)電240萬至300萬千瓦時。千瓦時(kWh) - 一小時內(nèi)產(chǎn)生或消耗的一千瓦 (kW, 1,000 瓦) 電力請參閱電力工作原理以了解更多信息。able data-draft-node="block" data-draft-type="table" data-size="normal" data-row-style="normal">

瓦？瓦特（W）——發(fā)電量1兆瓦（MW，100萬瓦）的風(fēng)力發(fā)電一年可發(fā)電240萬至300萬千瓦時。千瓦時(kWh) - 一小時內(nèi)產(chǎn)生或消耗的一千瓦 (kW, 1,000 瓦) 電力請參閱電力工作原理以了解更多信息。ble data-draft-node="block" data-draft-type="table" data-size="normal" data-row-style="normal">瓦？瓦特（W）——發(fā)電量1兆瓦（MW，100萬瓦）的風(fēng)力發(fā)電一年可發(fā)電240萬至300萬千瓦時。千瓦時(kWh) - 一小時內(nèi)產(chǎn)生或消耗的一千瓦 (kW, 1,000 瓦) 電力請參閱電力工作原理以了解更多信息。電力工作原理瓦？瓦特（W）——發(fā)電量1兆瓦（MW，100萬瓦）的風(fēng)力發(fā)電一年可發(fā)電240萬至300萬千瓦時。千瓦時(kWh) - 一小時內(nèi)產(chǎn)生或消耗的一千瓦 (kW, 1,000 瓦) 電力請參閱電力工作原理以了解更多信息。

在全球范圍內(nèi)，風(fēng)力渦輪機目前的發(fā)電量大約相當(dāng)于八座大型核電站的發(fā)電量

。這不僅包括公用事業(yè)規(guī)模的渦輪機，還包括為個人家庭或企業(yè)發(fā)電的小型渦輪機（有時與光伏太陽能結(jié)合使用）。一個容量為 10 千瓦的小型渦輪機每年可產(chǎn)生高達(dá) 16,000 千瓦時的電力，而一個典型的美國家庭每年消耗約 10,000 千瓦時。

在理想條件下，典型的大型風(fēng)力渦輪機可產(chǎn)生高達(dá) 1.8 兆瓦的電力，即每年 520 萬千瓦時——足以為近 600 個家庭供電。盡管如此，核電廠和燃煤電廠的發(fā)電成本仍低于風(fēng)力渦輪機。那么為什么要使用風(fēng)能呢？使用風(fēng)能發(fā)電的兩個最大原因是最明顯的：風(fēng)能是清潔的，而且是可再生的。它不會像煤炭那樣將二氧化碳和氮氧化物等有害氣體釋放到大氣中（參見全球變暖的作用原理）

)，而且我們沒有很快用完風(fēng)的危險。還有與風(fēng)能相關(guān)的獨立性，因為任何國家都可以在沒有外國支持的情況下在國內(nèi)生產(chǎn)。風(fēng)力渦輪機可以將電力輸送到中央電網(wǎng)未提供服務(wù)的偏遠(yuǎn)地區(qū)。

但也有缺點。風(fēng)力渦輪機不能像許多其他類型的發(fā)電廠一樣始終以 100% 的功率運行，因為風(fēng)速會波動。如果你住在風(fēng)力發(fā)電廠附近，風(fēng)力渦輪機可能會很吵，它們可能對鳥類和蝙蝠有害

，而在土地密集的沙漠地區(qū)，如果您挖掘地面安裝渦輪機，則存在土地侵蝕的風(fēng)險。此外，由于風(fēng)是一種相對不可靠的能源，風(fēng)力發(fā)電廠的運營商必須在風(fēng)速減弱時使用少量可靠的不可再生能源來支持系統(tǒng)。一些人認(rèn)為，使用不清潔能源來支持清潔能源的生產(chǎn)抵消了好處，但風(fēng)能行業(yè)聲稱，維持風(fēng)能系統(tǒng)穩(wěn)定電力供應(yīng)所需的不清潔能源數(shù)量太少，無法擊敗風(fēng)力發(fā)電的好處

美國的風(fēng)電使用情況

撇開潛在的不利因素不談，美國安裝了大量的風(fēng)力渦輪機，2006 年的總發(fā)電量超過 9,000 兆瓦。該容量產(chǎn)生的電力約為 250 億千瓦時，聽起來很多，但實際上少于該國每年發(fā)電量的 1%。截至 2005 年，美國的發(fā)電量是這樣分解的：

煤炭：52%核：20%天然氣：16%水電：7%其他（包括風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮芎吞柲埽?%

資料來源：美國風(fēng)能協(xié)會

美國目前的總發(fā)電量每年約為 3.6 萬億千瓦時。風(fēng)能產(chǎn)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過該電力的 1% 的潛力。根據(jù)美國風(fēng)能協(xié)會的估計，美國每年的風(fēng)能潛力約為 10.8 萬億千瓦時——大約相當(dāng)于 200 億桶石油（目前全球每年的石油供應(yīng)量）中的能量。為了使風(fēng)能在給定區(qū)域可行，小型渦輪機的最低風(fēng)速要求為 9 英里/小時（3 米/秒），大型渦輪機的最低風(fēng)速為 13 英里/小時（6 米/秒）。這些風(fēng)速在美國很常見，盡管其中大部分都沒有受到利用。

談到風(fēng)力渦輪機，安置就是一切。了解一個地區(qū)的風(fēng)量、風(fēng)速以及這些風(fēng)速持續(xù)多長時間是建設(shè)高效風(fēng)電場的關(guān)鍵決定因素。風(fēng)中的動能與風(fēng)速成比例增加，因此風(fēng)速的小幅增加實際上是功率潛力的大幅增加。一般的經(jīng)驗法則是，風(fēng)速增加一倍，發(fā)電潛力增加八倍。因此，理論上，在平均風(fēng)速為 26 mph 的地區(qū)，渦輪機的發(fā)電量實際上是平均風(fēng)速為 13 mph 的渦輪機的 8 倍。這是“理論上的”，因為在現(xiàn)實世界的條件下，渦輪機可以從風(fēng)中提取多少能量是有限度的。它被稱為 Betz 極限，它 s 大約 59%。但是風(fēng)速的小幅增加仍然會導(dǎo)致功率輸出的顯著增加。

風(fēng)電場

照片由通用電氣公司提供

拉欣利風(fēng)電場

與大多數(shù)其他電力生產(chǎn)領(lǐng)域一樣，在從風(fēng)能中獲取能量時，效率非常重要。大型渦輪機組，稱為風(fēng)電場或風(fēng)力發(fā)電廠，是最具成本效益的風(fēng)能利用方式。最常見的公用事業(yè)規(guī)模風(fēng)力渦輪機的功率容量在 700 KW 和 1.8 MW 之間，它們組合在一起以從可用的風(fēng)力資源中獲得最大的電力。它們通常在高風(fēng)速的農(nóng)村地區(qū)相距很遠(yuǎn)，而 HAWT 的占地面積小意味著土地的農(nóng)業(yè)用途幾乎不受影響。風(fēng)電場的容量從幾兆瓦到數(shù)百兆瓦不等。世界上最大的風(fēng)力發(fā)電廠是位于愛爾蘭海岸附近的 Raheenleagh 風(fēng)力發(fā)電場。在滿負(fù)荷運行（目前以部分產(chǎn)能運行）時，它將擁有 200 臺渦輪機，總額定功率為 520 兆瓦，建造成本近 6 億美元。

由于渦輪機生產(chǎn)和安裝方面的技術(shù)和設(shè)計進(jìn)步，公用事業(yè)規(guī)模風(fēng)力發(fā)電的成本在過去二十年中大幅下降。在 1980 年代初期，風(fēng)力發(fā)電成本約為每千瓦時 30 美分。2006 年，風(fēng)力發(fā)電成本僅為每千瓦時 3 至 5 美分，而在風(fēng)力特別豐富的地區(qū)。在給定的渦輪機區(qū)域內(nèi)，隨著時間的推移，風(fēng)速越高，渦輪機產(chǎn)生的電力成本就越低。平均而言，美國的風(fēng)電成本約為每千瓦時 4 至 10 美分。

能源成本比較資源類型平均成本（美分/千瓦時）水電2-5核3-4煤炭4-5天然氣4-5風(fēng)4-10地?zé)?-8生物質(zhì)8-12氫燃料電池10-15太陽的15-32資料來源：美國風(fēng)能協(xié)會、Wind 博客、斯坦福地球科學(xué)學(xué)院

許多大型能源公司提供“綠色定價”” 讓客戶每千瓦時支付更多費用來使用風(fēng)能的計劃，而不是來自“系統(tǒng)電力”的能源，這是該地區(qū)生產(chǎn)的所有電力的池，可再生和不可再生。如果您選擇購買風(fēng)能和您住在風(fēng)電場附近，您家中使用的電力實際上可能是風(fēng)力發(fā)電的；通常，您支付的更高價格用于支持風(fēng)能的成本，但您家中使用的電力仍然來自系統(tǒng)電力。在能源市場放松管制的州，消費者可以直接從可再生能源供應(yīng)商處購買“綠色電力”，在這種情況下，他們家中使用的電力肯定來自風(fēng)能或其他可再生能源。

為您自己的需求實施小型風(fēng)力渦輪機系統(tǒng)是保證您使用的能源是清潔和可再生能源的一種方式。住宅或商業(yè)渦輪機的安裝成本從 5,000 美元到 80,000 美元不等。大規(guī)模設(shè)置的成本要高得多。一臺 1.8 兆瓦的渦輪機安裝成本最高可達(dá) 150 萬美元，這還不包括與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)的土地、輸電線路和其他基礎(chǔ)設(shè)施成本?？傮w而言，風(fēng)電場的成本為每千瓦容量 1,000 美元，因此由七臺 1.8 兆瓦渦輪機組成的風(fēng)電場運行成本約為 1,260 萬美元。根據(jù)美國風(fēng)能協(xié)會的數(shù)據(jù)，大型風(fēng)力渦輪機的“回報時間”——產(chǎn)生足夠電力以彌補建造和安裝渦輪機所消耗的能量所需的時間——約為三到八個月。

政府獎勵

政府對大型和小型生產(chǎn)商的激勵措施有助于提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟可行性。目前針對可再生能源系統(tǒng)的經(jīng)濟激勵計劃中只有一些包括：生產(chǎn)稅收抵免：基本上，風(fēng)力發(fā)電機，通常是企業(yè)，在風(fēng)電場啟動和運行的前 10 年中，為批發(fā)分銷生產(chǎn)的每千瓦時風(fēng)能獲得 1.8 美分（截至 2005 年 12 月）。凈計量- 在這個系統(tǒng)中，生產(chǎn)可再生能源的個人和企業(yè)每生產(chǎn)超出自身需求的千瓦時，就會獲得積分。當(dāng)某人產(chǎn)生的電力超過他的需要時，他的電表會向后運行，將多余的電力輸送到電網(wǎng)。他從發(fā)送到電網(wǎng)的電力中獲得積分，當(dāng)他的渦輪機無法為他的家庭或企業(yè)提供足夠的電力時，這被視為對他從電網(wǎng)汲取的任何電力的支付。（許多大型能源公司不太關(guān)心這種設(shè)置，因為他們基本上是以零售價購買單個生產(chǎn)商的風(fēng)電，而不是他們支付給風(fēng)電場的批發(fā)價。）可再生能源信用 ——許多州現(xiàn)在為電力公司制定了可再生能源配額，這些公司必須從可再生能源中購買一定比例的電力。如果有人擁有自己的渦輪機，居住在一個有“綠色信貸計劃”的州，他每年生產(chǎn)的每兆瓦時可再生能源都會獲得可交易的信貸。然后，他可以將這些信用額度出售給希望滿足其州或聯(lián)邦可再生能源配額的大型傳統(tǒng)能源公司。安裝稅收抵免：聯(lián)邦政府和一些州為建立可再生能源系統(tǒng)的成本提供稅收抵免。例如，馬里蘭州向企業(yè)或房東提供購買和安裝風(fēng)力渦輪機系統(tǒng)成本的 25% 的抵免，前提是供能建筑符合某些總體“綠色標(biāo)準(zhǔn)”。圖片由NREL（左）和stock.xchng 提供住宅風(fēng)力渦輪機（左）和公用事業(yè)級風(fēng)力渦輪機NREL圖片由NREL（左）和stock.xchng 提供住宅風(fēng)力渦輪機（左）和公用事業(yè)級風(fēng)力渦輪機stock.xchng 提供

圖片由NREL（左）和stock.xchng 提供住宅風(fēng)力渦輪機（左）和公用事業(yè)級風(fēng)力渦輪機

雖然風(fēng)能仍然得到政府的補貼，但它目前是一種有競爭力的產(chǎn)品，而且在大多數(shù)人看來，它可以作為一種可行的能源獨立存在。美國能源部科學(xué)技術(shù)實驗室巴特爾太平洋西北實驗室估計，僅基于風(fēng)力資源，風(fēng)力發(fā)電就能夠提供美國 20% 的電力。美國風(fēng)能協(xié)會將這個數(shù)字定為理論上的 100%。無論哪種估計是正確的，美國可能不會很快看到這些百分比。美國風(fēng)能協(xié)會預(yù)計，到 2020 年，風(fēng)能將提供美國全部電力的 6%。雖然就絕對瓦數(shù)而言，美國擁有世界上最大的風(fēng)力發(fā)電基地之一，百分比，它落后于其他發(fā)達(dá)國家。英國的既定目標(biāo)是到 2010 年達(dá)到 10% 的風(fēng)力發(fā)電。德國目前 8% 的電力來自風(fēng)能，西班牙為 6%。丹麥?zhǔn)乔鍧嵞茉聪M的世界領(lǐng)先者，其 20% 以上的電力來自風(fēng)能。