除了诸葛亮借东风 人类还有哪些利用风的历史

出品：科普中国

制作：超能量团队

监制：中国科学院计算机网络信息中心

风能代表着未来能源的发展方向，未来的风电涡轮机尺寸将不断增大，为全球的能源供应提供更多的能量来源。163名专家的调查显示，涡轮机的尺寸正在变大，成本正在下降。

今天刮什么风？

风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。太阳光照射在地球表面上，使地表温度升高，地表的空气受热膨胀变轻而往上升。热空气上升后，低温的冷空气横向流入，上升的空气因逐渐冷却变重而降落，由于地表温度较高又会加热空气使之上升，这种空气的流动就产生了风。

温差驱动大气运动

我们常说今天刮什么风，今天风很大。其实科学上用风向和风速、以及风的等级来全面描述风。风速是指空气在单位时间内流动的水平距离。根据风对地上物体所引起的现象将风的大小分为13个等级，称为风力等级，简称风级。以0～12等级数字记载。风向是指风吹来的方向，例如北风就是指空气自北向南流动。风向一般用8个方位表示。分别为：北、东北、东、东南、南、西南、西、西北。

人类利用风的历史

人类利用风能的历史可以追溯到公元前，我国是世界上最早利用风能的国家之一。公元前数世纪我国人民就利用风力提水、灌溉、磨面和利用风帆推动船舶前进。东汉刘熙在《释书》一书中曾写“帆泛也，随风张幔曰帆”，表明中国1800年前已开始利用风帆驾船。宋朝是我国应用风车的全盛时代，但是流行的垂直轴风车一直沿用至今。

古代风车提水设备的想象图
在国外，公元前2世纪，古波斯人就利用垂直轴风车碾米。10世纪伊斯兰人用风车提水，11世纪风车在中东已获得广泛的应用。 13世纪风车传至欧洲，14世纪已成为欧洲不可缺少的原动机。在荷兰，风车先用于莱茵河三角洲湖地和底湿地的汲水，以后又用于榨油和锯木。只是由于蒸汽机的出现，才使欧洲风车数目急剧降。1973年石油危机以后，常规能源告急，全球生态环境恶化，风能发展，对沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，有着十分重要的意义 。

欧洲古代的风力战船

美国早在1974年就开始实行联邦风能计划。其内容主要是：评估国家的风能资源；研究风能开发中的社会和环境问题；改进风力机的性能，降低造价；主要研究为农业和其他用户用的小于100kw的风力机；为电力公司及工业用户设计的兆瓦级的风力发电机组。目前美国已成为世界上风力机装机容量最多的国家，超过2X104MW，每年还以10％的速度增长。现在世界上最大的新型风力发电机组已在夏威夷岛建成运行，其风力机叶片直径为97.5m，重144t，风轮迎风角的调整和机组的运行都由计算机控制，年发电量达1000万kw·h。根据美国能源部的统计至1990年美国风力发电已占总发电量的1％。

我国的风能资源

我国风能资源丰富，根据国家气象局的资料，我国离地10米高的风能资源总储量约为32.26亿千瓦，可开发利用的风能储量约10亿千瓦。其中，陆地上风能储量约2.53亿千瓦（按陆地上离地10m高度资料计算），海上可开发和利用的风能储量约7.5亿千瓦。而2003年底全国电力装机约5.67亿千瓦。

我国位于亚洲大陆东部，濒临太平洋，季风强盛，内陆还有许多山系，地形复杂，加之青藏高原耸立我国西部，增加了我国季风的复杂性。冬季风来自西伯利亚和蒙古等中高纬度的内陆，那里空气十分严寒、干燥。冷空气积累到一定程度，在高空环流引导下，就会爆发南下，形成我们俗称的“寒潮”。每年冬季总有多次强冷空气南下，影响我国西北、东北和华北，直到次年春夏之交才消失。 夏季风是来自太平洋的东南风、印度洋和南海的西南风。东南季风影响遍及我国东半部，西南季风则影响西南各省和南部沿海，但风速远不及东南季风大。热带风暴是太平洋西部和南海热带海洋上形成的空气涡漩。破坏力极大的海洋风暴，每年夏秋两季频繁侵袭我国，登陆我国南海之滨和东南沿海。热带风暴也能在上海以北登陆，但次数很少。

青藏高原地势高亢开阔，冬季，高原东南部盛行偏南风，高原东北部多为东北风，其他地区一般为偏西风；夏季，大约以唐古拉山为界，以南盛行东南风，以北盛行东风和东北风。

　 我国幅员辽阔，陆疆总长达2万多公里，还有1800O多公里的海岸线，拥有岛屿5000多个，因此风能资源丰富。我国风能资源的分布与天气气候背景有着非常密切的关系，我国风能资源丰富和较丰富的地区主要分布在两个大带里。第一是三北（东北、华北、西北）地区丰富带；第二是沿海及其岛屿地丰富带。另外在一些地区由于湖泊和特殊地形的影响，风能也较丰富，成为内陆风能丰富地区。
我国海上风能资源也十分丰富，可利用的风能资源约7亿多千瓦。海上风速高，而且没有复杂地形对气流产生影响，可减少风电机组的疲劳载荷，延长使用寿命。一般估计海上风速比平原沿岸高20%，发电量增加70%，在陆上寿命为20年的风电机组在海上可达25年到30年。

随着海上风电场技术的发展成熟，将来必然会成为重要的可持续能源。

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