從傳統風車到現代風力渦輪機，用風能塑造未來
隨著風的吹動，風車和風力渦輪機的葉片在歡快的轉動。實際上，這些巨大的帶葉片的機器已經有1000多年的歷史了，第一批風車大約在公元800年出現在波斯。
這些早期的風車正如它們的名字所揭示的那樣：它們是由風驅動的。風使風車的葉片旋轉，帶動中心軸旋轉，然後驅動穀物磨機旋轉，穀物磨機通常是由又大又平的石頭製成，用來生產麵粉和其他穀物產品。這些風車還有另一個重要的作用：把水抽到城市和家庭。風車的旋轉可以用來驅動水泵，而不是旋轉穀物磨粉機。
雖然風車已經存在很久了，但風力渦輪機大約是在1888年才出現的，當時美國已知的第一台用於發電的風力渦輪機是由發明家查爾斯·布魯什（Charles Brush）建造的，目的是為他在俄亥俄州的豪宅發電。風力渦輪機被用來從葉片的旋轉中發電，而不是簡單地將旋轉的能量轉化為更多的機械性工作，如轉動磨坊或抽水。
風力渦輪機專業人士告訴我們：「現代的風力渦輪機高約280英尺（85米），而老式風車通常不會超過80英尺（24米）。而且，風帆或葉片的尺寸是另一個很大的差異。傳統上，風車是通過輪徑來測量的，通常會看到8英尺（2米）的風車，其中整個葉片的長度為8英尺。而風力渦輪機的單個葉片可以超過100英尺（30米）。」
風車的工作原理
雖然風車是人類文明中最古老、最重要的機器之一，通常被用來抽水或碾磨穀物，但它們與現代更為先進的風力渦輪機技術在功能上確實有一些不同。
風車的葉片靠近地面，因此必須利用地面附近的氣流旋轉。 由於通常在地表附近的風流要比在較高的大氣層中的風流少，因此，風車必須具有更大的葉片以捕獲儘可能多的風。
風車早在公元前800年左右就出現了，但在19世紀中期才真正流行起來。在1850年之後的幾十年里，在工業革命的推動下，僅在美國就安裝了600多萬台機械風車，為水泵和工廠提供動力，並滿足其他能源需求。
風車作為機械能發生器的簡單性推動了這種普及。 通過簡單地將裝有許多葉片的風車安裝起來，你就可以迅速獲得自由的機械能源。 通過葉片的旋轉，旋轉能量可以用於通過齒輪傳動來驅動機器，或者可以通過簡單的抽油桿泵從地面推拉水。
隨著風車在現代工業中的普及，另一項發明也在開發和完善：發電機。
發電機不僅可以在颳風時利用風車，還可以通過將旋轉能量轉化為電能來儲存旋轉能量。因此，風力渦輪機的開發是完善風能利用裝置的下一步。
風力渦輪機的工作原理
為了捕捉更強的氣流，風力渦輪機會比風車高出數百英尺。它使用與風車相同的功能原理（將風轉化為旋轉能量），但它接下來要做的事是不同的。風力渦輪機內部有發電機，通常直接連接到旋轉葉片桿上。通過旋轉發電機產生電流，既可以用來給電池充電，也給電網供電，或者直接運行電子設備。理解這一原理的最好方法就是去觀察一台電動機，與發電機正相反，電動機用電產生運動，而風力渦輪機用運動產生電能。
更具體地說，風力渦輪機的葉片捕捉風能的動能，並將其轉化為旋轉能量。這種旋轉能量通過一系列齒輪供給，以提高發電機的運轉速度。
根據美國風能協會（American Wind Energy Association）的說法，這些渦輪機通常會在每小時5至10英里（8至16公里）的風速下開始發電，並在接近60英里/小時（96公里/小時）的高風速下關閉，這樣它們就不會出現故障或損壞自身。
雖然風力渦輪機確實能發電，但從技術上講，它們的效率不如風車。風力渦輪機的最高效率為59%，也就是所謂的貝茨極限。這是由於無法利用所有的風能，而且在將旋轉能轉化為機械能方面效率低下。
從古代技術到未來能源
儘管風力渦輪機效率不高，但它仍然是未來風能利用和發電的主要方式。科學家們認為，風力渦輪機是減少並最終消除我們對碳燃料依賴的一個組成部分。一個典型的風力發電項目在6個月內就可以償還其碳足跡，並提供數十年的零排放能源。事實上，很多國家已經在風能方面投入了足夠的資金。
截止2018年，風能發電量約佔全球發電量的5%，成為僅次於水電的第二大可再生能源。從風車第一次被用作早期波斯和中國文明的機械支柱，到今天的大型風力渦輪機，其基礎技術將繼續存在並延續至未來。
如果朋友們喜歡，敬請關注「知新了了」！
