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風能：可持續可再生能源
引言
風能是一種將風的動能轉化為可用能量的過程，可產生電力、機械能量或抽水動力。
風能原理和提取
空氣流動產生的動能稱為風能。風速越高，風能越大。風車通過空氣動力將動能轉化為旋轉運動，進一步通過發電機將其轉化為電力。
風能優勢和侷限
風能是豐富且可再生。其利用不產生温室氣體排放，有助於氣候變化緩解。然而，自然風速的不穩定性限制了風力發電的持續供應。
風力發電機
風力發電機包括水平軸和垂直軸類型。貝茲定律規定，風機只能提取風能中最多 59% 的能量。風機的高度和展弦比影響其能量轉化效率。
韋伯分佈和風能計算
韋伯分佈函數用於分析風速頻率並估算可提取的 wind power。由於風速高度相關，所以風力發電機的高度對發電量至關重要。
風力發電機發電
實際風力發電機的發電量約為 40%，可高達 400 千瓦時（kW）每年。 wind output 是不確定的，但全年的變化保持在預測值範圍內。
儲能
由於風能間歇性，儲能系統，例如抽水蓄能，用於維持穩定電力供應。
荷蘭風車
荷蘭風車最初是用於抽水而非發電。通過利用地勢平坦和強風條件，它們有效地從低窪地區排出積水，創建圩田。工業革命期間，風車被改用於各種其他用途。
| 特徵 | 描述 |
|---|---|
| 風能 | 風的動能 |
| 風力發電機 | 將風能轉化為電能的裝置 |
| 韋伯分佈 | 用於分析風速概率的函數 |
| 貝茲定律 | 風機能量轉化上限定律 |
| 展弦比 | 風力發電機葉片的長度與寬度的比率 |
| 間歇性 | 風能的不可預測性 |
| 可持續性 | 不會耗盡的能量來源 |
| 抽水蓄能 | 用於儲存風能的技術 |
風車原理
風車原理是一種利用風能將其轉化為機械能或電能的技術。風車原理主要應用於風力發電，其中風力渦輪機將風能轉化為電能。
風車的類型
風車的類型可根據軸向類型、葉片類型和葉片數目進行分類。
| 類型 | 描述 |
|---|---|
| 水平軸風車 | 葉片水平旋轉，與地面平行 |
| 垂直軸風車 | 葉片垂直旋轉，與地面垂直 |
| 單葉片風車 | 擁有單個葉片的風車 |
| 多葉片風車 | 擁有多個葉片的風車 |
風車原理
風車的運作原理基於牛頓第三運動定律，即作用力與反作用力相等且方向相反。當風吹過風車葉片時，會對葉片施加一股作用力。由於葉片具有弧形，因此風對葉片的力會形成一個向上的分力，從而產生升力。升力會驅動葉片旋轉，而旋轉的葉片又會帶動渦輪機發電。
葉片形狀
風車葉片的形狀至關重要，因為它影響了風對葉片的升力。常見的風車葉片形狀有：
| 形狀 | 特點 |
|---|---|
| 對稱翼形 | 對稱的翼形，在迎風面和背風面產生相等的升力 |
| 非對稱翼形 | 非對稱的翼形，在迎風面產生較大的升力 |
| 彎刀翼形 | 具有彎刀形狀的翼形，可產生較大的升力和抗失速能力 |
風車效率
風車的效率由葉片、渦輪機和發電機的效率決定。風車的理論最大效率為貝茲極限 (Betz limit)，約為 59.3%。實際上，風車的效率通常低於這個值，約為 35% 至 45%。
應用
風車原理主要應用於風力發電。風力發電是一種乾淨、可再生的能源，可幫助減少温室氣體排放。風力發電廠通常包含多台風力渦輪機，這些渦輪機共同產生大量電能。
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