Lentis/风能

北海比利时使用 5MW 涡轮机的海上风电场

风能是从风中获取的能量。它可以以多种形式出现，例如风力涡轮机发电，风车发电，风泵，甚至帆船。大型风电场由许多风力涡轮机组成，可以建在海上或陆地上。海上风电场的优势在于远离视野，且能提供更多能量，但维护成本也更高。

风能是一种可再生清洁能源，可以作为化石燃料的替代品。然而，风能发展中存在许多问题，限制了其增长。

历史

维基百科关于风力发电历史的文章

除了运输之外，风能作为能源的最早已知用途是在公元前 1000 年到公元前 200 年之间在波斯将其转化为机械能。该转换器是一个垂直轴风车，它旋转一块磨石，用于研磨谷物生产面粉。这种设计后来可能由十字军带到欧洲，到 1200 年代，风车的数量急剧增加。 1888 年，查尔斯·布鲁什设计并建造了第一台用于发电的风力涡轮机，该涡轮机将电能存储在电池中供他家庭使用。 该系统产生约 12 千瓦，持续了约 20 年。1892 年，丹麦科学家丹·波尔·拉科尔提出了基于空气动力学原理的第一台现代风力涡轮机设计。

除了电力之外的替代用途

伊朗亚兹德的杜拉塔巴德花园中的巴德吉尔，世界上最高的巴德吉尔，高达 34 米

历史上，风已被用于非发电技术，例如风塔。风塔已被用于几个世纪，以在伊朗中部建筑物中创造自然通风。该结构将风引导到建筑物内部，并将空气从建筑物的另一侧拉出。建筑物内部通常有一个水池或一个装饰性喷泉。由于该地区的空气湿度非常低，水的快速蒸发可以显著冷却建筑物，并充当天然空调系统。尽管风塔已经被遗忘，以至于即使是伊朗人也可能没有听说过它们，但它们可能卷土重来。BBC 在 2007 年报道了一种零排放房屋设计，声称它将为未来所有新房屋设定环境标准。主要组成部分之一是用于通风的风塔。

风能的益处

虽然使用化石燃料导致的环境污染和二氧化碳排放对健康、环境和可持续经济增长构成威胁，但风能是一种清洁、无污染的电力来源。风力涡轮机在运行期间几乎不产生任何排放，在制造、安装、维护和拆卸期间也只产生很少的排放。根据美国能源部的数据，1990 年，加州的风力发电厂抵消了超过 25 亿磅二氧化碳和 1500 万磅其他污染物的排放，而这些污染物原本会产生。 要达到相同的空气质量，需要 9000 万到 1.75 亿棵树组成的森林。此外，风能可以为农村地区带来收入。

下表显示了不同能源来源的每千瓦时成本比较。直接成本包括维护和燃料成本，并按容量系数加权。间接成本基于社会影响，如健康成本、气候成本、废物处理和退役。

能源来源	直接成本	间接成本	总成本
煤炭	3.14	6.43	10.29
核能	2.16	0.25	3.31
天然气	4.95	2.27	8.09
太阳能	18.12	无法量化	18.12
风能	3.14	无法量化	3.45

到 2020 年，根据欧洲风能协会的预测，180 吉瓦的风能将每年发电 425 太瓦时，风力发电将带来以下年度节省：

• 2.15 亿吨 CO₂

• 26.1 万吨 SO₂

• 33.3 万吨 NO_x。

技术问题

行业冲突

风能的一个重大缺点是它对雷达系统的负面影响。风力涡轮机可能会产生遮蔽效应，隐藏其他船只的雷达信号或使操作员感到困惑，因为它们的雷达形状会随着旋转速度的变化而不断变化。反过来，使用雷达的行业，如商船、空中交通和天气预报，可能会受到影响。2014 年，一篇文章估计，由于雷达干扰，近 20 吉瓦的风能被搁置。

丹麦风力涡轮机公司维斯塔斯和英国国防承包商 QinetiQ 展示了第一台“隐形”风力涡轮机叶片。这项技术借鉴了隐形飞机技术。使用类似的涂层有助于消除塔架的信号，但会使叶片过重。叶片结构中使用了复合材料。这项技术只是解决方案的一部分，因为“关键因素包括使用的雷达类型、距离雷达塔的距离以及风力涡轮机的类型和分布。”

法国是第一个建造“隐形”风电场的国家，并提议在 2015 年之前投入运营。该风电场将成为当时法国最大的风电场，因为它将产生 96 兆瓦的容量。据估计，由于可能干扰军事或气象雷达，以及军事飞行训练，6 吉瓦的风能项目已被阻止。

风暴和风力涡轮机在多普勒雷达系统上的回波的视觉比较

据估计，2009 年英国约有 10 吉瓦的风能项目因雷达干扰而停滞。2009 年，英国正在与总部位于加拿大的雷声公司合作开发信号处理算法，该算法可以识别风力涡轮机等静止物体并忽略其信号。雷声公司预计将在 2011 年推出这些产品，“用于短程和远程雷达系统，并将证明它们不仅可以从雷达屏幕上消除风电场，而且可以保留有效的静止目标，如热气球或气象气球。”

在美国，许多风能项目因雷达干扰问题而停止或放缓，例如马萨诸塞州的 Cape Wind 项目。该项目因靠近奥蒂斯空军基地和另外两个雷达站而被搁置。美国国土安全部委托进行的一项研究提出了一种解决方案，即“用现代数字设备替换老化的模拟雷达站”。美国联邦航空管理局正在与 Cape Wind 谈判，以实现这一解决方案，解决风能项目的难题。这一方案以及类似于雷声公司雷达计划的产品的使用将有利于雷达基础设施和风能项目。

供应和储存问题

风能的最佳选择是分布式发电。风能发电产生的电力在不同的时间尺度上可能具有高度的可变性：从每小时到每天，再到季节性。风能往往与太阳能互补。这意味着风能是一种间歇性技术，只有在资源可用时才能使用。风能的间歇性阻碍了该资源的经济竞争力，因为瞬时发电量和消耗量必须保持平衡，以维持电网的稳定性。

成本问题

尽管风能的成本在过去 10 年中大幅下降，但该技术所需的初始投资高于化石燃料发电机。风能发电的间歇性和不可调度性会增加监管成本、增量运行备用成本，并可能需要增加现有的能源需求管理或储能解决方案。

环境问题

虽然风电场对环境的影响相对较小，与化石燃料发电厂相比，但环境问题包括涡轮机在景观中的外观、它们发出的声音以及它们对鸟类和其他野生动物的影响。总部位于安大略省的可再生能源开发公司吉列德电力公司提出了一个全面的计划，以监测奥斯特兰德角风力发电场对周边生态系统的影响。该计划包括如果结果不符合当时制定的联邦法规的应急措施。拟议的建设后观察旨在评估对“繁殖鸟类、迁徙陆地鸟类、迁徙猛禽（秋季）和蝙蝠死亡率、干扰对繁殖鸟类、迁徙陆地鸟类和两栖动物的影响；以及以石灰岩恢复和管理形式进行的缓解措施的有效性”。

噪音

与所有机械系统一样，风力涡轮机在运行时会产生一些噪音。近年来，工程师对设计进行了改进，以减少风力涡轮机产生的噪音。次声波和低频噪声是健康和环境影响争论的焦点。次声波和低频噪声被认为会导致使用可听定位的物种的交配习惯发生干扰，并且是风机综合征的主要贡献者，将在后面更深入地讨论。风能的特定反对者在其网页的特定部分专门用于宣传噪音对野生动物的生物影响，例如网站 www.windturbinewildlifehell.org。

禽类/蝙蝠死亡率

鸟类和蝙蝠的死亡是与风力涡轮机相关的最具争议的生物学问题之一。鸟类和蝙蝠在风电场场地的死亡引起了渔业和野生动物管理机构以及保护组织的担忧。

• 衡量问题

《野生动物学会简报》在 2013 年 3 月进行了一项研究，该研究“估计每年有 888,000 只蝙蝠和 573,000 只鸟类死亡”，这是由于美国的风力涡轮机造成的。从这个死亡人数来看，有 9.7 亿只鸟撞击建筑物，1.75 亿只鸟撞击电线，7200 万只鸟死于杀虫剂，100 万只鸟死于石油和天然气泄漏。

• 立法

2013 年 11 月，美国政府裁定，杜克能源公司在承认杀害 14 只鹰和 149 只其他鸟类后，将支付 100 万美元的罚款。这是美国历史上第一次政府强制执行保护鸟类免受风力涡轮机农场影响的环境法。这一裁决可能是唯一的，因为奥巴马政府在仅仅几周后的 12 月 6 日宣布，它“将允许一些公司在长达 30 年的时间内杀死或伤害白头鹰和金雕而无需处罚，这是为了促进绿色能源的开发和投资，同时平衡其环境影响”。。这一决定并非没有反对意见，因为环保组织担心，这种“免死金牌”会加剧鸟类死亡的数量，而不是鼓励努力开发更安全的风电场。

• 最先进技术

已经提出了许多预防措施，以减少风力涡轮机对鸟类和蝙蝠种群的影响。一些技术包括用黑色或紫外线油漆涂刷涡轮机叶片、使用雷达跟踪鸟群、在鸟群接近时手动关闭涡轮机以及在常见飞行路径周围建造涡轮机。对这些预防技术的探索尚处于起步阶段，研究人员试图确定鸟类撞击涡轮机的具体原因以及如何降低发生率。

健康问题

风机综合征

有人认为，风力涡轮机可能对人类健康和生活质量产生影响。“风机综合征”最初是由反风能活动家妮娜·皮蓬博士提出的。她在 2009 年自费出版的书籍中，将睡眠剥夺、头痛、头晕、焦虑和眩晕等症状归因于风力涡轮机产生的次声波和低频噪音。自从皮蓬博士发表了她的研究成果以来，来自世界各地的农民和城镇居民纷纷站出来声称他们确实遭受了这些症状。

风能的支持者，如美国风能协会 (AWEA) 和美国能源部，反驳了这些说法，他们引用了一些研究，这些研究将这些症状与烦恼和压力相关联，而不是与身体健康影响相关联。批评者还指出，皮蓬博士没有使用有效的样本量，她没有亲自见过她的受试者，她的工作没有经过适当的同行评审，并且在她研究之前没有记录任何投诉。这意味着，在对该现象进行进一步研究之前，“风机综合征”不能作为阻碍风电场建设的唯一理由。

政治因素

美国

风力发电在美国是一个新兴行业，因此其公众曝光度有限。随着人们对可再生能源的兴趣日益浓厚，新闻媒体报道了更多关于风能的故事。尽管媒体关注度不断提高，但克利克和史密斯 (2010) 的研究人员进行的一项研究对 600 人进行了关于风能的民意调查，发现公众意见并不强烈。

在 2008 年和 2012 年的美国总统大选中，风力发电是两大政党可再生能源平台的一部分。民主党和共和党都认识到风力发电作为一种清洁能源的潜力，并在 2008 年的竞选纲领中，提出了政府激励措施和资金，以增加可再生能源四年后的 2012 年，民主党继续保持他们对可再生能源（包括风力发电）的雄心勃勃的议程，而共和党不再是执政党，将他们的可再生能源声明缩减为几句话，鼓励继续开发可再生能源，但没有纳税人资金在市场上进行。 由于可再生能源是一个日益增长的政治问题，风力发电将继续成为国家能源辩论的重点。 。

欧盟

20-20-20 计划

2007 年，欧盟通过了一项气候与能源一揽子计划，以减少整个欧盟的碳排放。该计划设定了三个目标，要在 2020 年之前实现，被称为“20-20-20”目标。其中包括将欧盟温室气体排放量从 1990 年的水平降低 20%，欧盟能源中 20% 来自可再生资源，以及欧盟能源效率提高 20% 。该计划的目标是促进整个欧洲的可再生资源开发，以确保全球平均气温升幅不超过 2°C。风能将成为欧洲可再生能源的主要来源，欧洲风能协会希望风能供应欧盟电力需求的 35%，从而将二氧化碳排放量减少约 6 亿吨。风能也获得了强烈的公众支持，根据欧盟委员会 2007 年的一份报告，高达 71% 的欧盟人口支持风能。

虽然欧盟成员国支持 20-20-20 计划的目标，但一些成员国在如何实施该计划方面存在分歧。主要批评涉及可再生能源的经济性。曼哈顿研究所的能源政策作家罗伯特·布莱斯，也是美国能源政策的强烈批评者，声称这种环境一揽子计划大幅增加了成本，但效益却微乎其微 。虽然可再生能源每兆瓦的成本正在接近化石燃料，但它们的可变能源生产率意味着必须维持这些不可再生能源。这需要补贴来维持闲置的反应堆，以防可再生能源生产不足 。

波兰等东欧国家声称，先前设定的国家目标将对其经济造成不公平的破坏。与西欧国家依靠天然气不同，东欧主要依靠煤炭，煤炭历史上一直更容易获得 。例如，波兰高达 94% 的能源来自煤炭 。2010 年，波兰前环境部长安德烈·克拉斯泽夫斯基批评转向可再生能源是为了减少碳排放。他表示，能源成本的增加会损害欧洲在全球经济中的竞争力。此外，减少煤炭消耗需要与俄罗斯等当地天然气供应商进行贸易谈判，以建立储备能力，降低这些成员国的能源独立性 。尽管人们担心经济影响，但波兰公众支持转向可再生能源，59% 的人表示，他们希望总理唐纳德·图斯克支持到 2030 年将排放量减少 40% 的努力

德国

在最近发生的事件（如福岛核灾难）之后，德国推动将其大部分能源基础设施转向可再生能源，称为能源转型 。德国约 30% 的能源来自可再生能源，希望到 2035 年将其提高到 45% 。德国制定了自己的目标，超出了 20-20-20 计划设定的目标，目标包括与 1990 年水平相比减少 95% 的排放，可再生能源占一次能源供应的 60%，以及能源效率每年提高 2%。虽然大部分能源仍然来自煤炭和核能，但人们强烈希望减少碳排放和对环境灾难的恐惧，迅速推动德国转向可再生能源。

截至 2011 年，仅风能一项，德国就贡献了约 29,000 兆瓦的能源，约占欧洲风能总量的四分之一。德国国内生产的 10% 来自风能，其中包括陆地风电场和海上风电场 。这些大量的风能，得益于积极的补贴政策，2015 年总计 220 亿欧元。这种热情得到了私营部门的回应，像 EON 和西门子 这样的大型电力公司正在剥离其以化石燃料为基础的部门，专注于绿色能源的未来。由于这种向可再生能源的推动与到 2022 年关闭所有核电站的推动相一致，人们对能源转型的可行性表示担忧。由于可再生能源的生产水平各不相同，在某些时候，可再生能源的生产将不足以满足需求。德国联邦网络局发布的一份报告指出，如果德国不提供适当的储备能力，可能会发生停电。这通过与奥地利等国的贸易协议得到弥补，但这降低了德国的能源独立性。

宁愿我不要 (NIMBY)

维基百科关于 宁愿我不要 (NIMBY) 的条目

随着美国试图通过增加使用替代的清洁能源来减少碳排放，国民对风能的看法一直是积极的。美国风能协会 2010 年 3 月进行的一项调查指出，89% 的美国选民认为，美国应该增加风能的使用。此外，77% 的人支持实施一项国家可再生能源标准 (RES)，该标准将强制规定从可再生能源获得的能源数量。

尽管美国转向更多可再生能源的支持势不可挡，但全国范围内风能技术的安装仍然面临着来自拟建场址附近居民的强烈反对。当地对风能的反对被贴上了 NIMBY（“不是在我的后院”）的标签。“NIMBY”指的是那些因为问题与他们距离很近而反对问题的人，或者支持某项事业（如风能），但不想为此付出任何牺牲，就像搭便车者一样。

对于风能来说，这些牺牲可能包括上述问题，以及仅针对拟建风力涡轮机附近居民的其它问题。与风险感知一致，研究表明，居住在拟建风电场附近的人，由于距离和风险感知之间存在线性关系，因此特别反对风电场。类似地，距离现有风电场较远的人，由于缺乏地方经验来缓解风险，因此反对进一步的风能开发，如下图所示。

改编自 van der Horst. 2007: NIMBY or not? Exploring the relevance of location and the politics of voiced opinions in renewable energy siting controversies. 基于 Warren 等人 2005 年的数据：Green on green: public perceptions of wind power in Scotland and Ireland

由于风机综合征的医学合法性存在争议，有人认为 WTS 是由 NIMBY 提出以支持他们对风能开发在其家附近进行的反对。

涉及风能的案例

科德角风电场

科德角风电场 是一家获批的海上风电项目，位于科德角附近。该项目最初由吉姆·戈登及其公司 科德角风电公司 于 2001 年提出，该项目将在南塔基特海峡的一个浅水、高风区（被称为马蹄礁）安装 130 台风力涡轮机。该公司声称，这个风电场将能够提供科德角和群岛所需电力的 75%。

在该项目提出后，保护南塔基特海峡联盟 成立。该组织被反对者贴上了 NIMBY 的标签，他们认为科德角风电场项目的方向是对的，但地点不对。他们认为科德角风电场将对野生动物、经济、公共安全和风景造成不利影响。两个关于拟建风电场从岸上看起来的样子 的计算机生成模拟显示了反对群体如何利用图像来影响人类的感知。 尽管这两张图像是从距离科德角风电场相同距离的地方拍摄的，但很明显，细微的差别是为了说服观看者以不同的方式思考。除了图像之外，双方都用他们声称是事实的内容来支持他们的论点。这些事实随后被对方贴上谬论的标签。一些争论最激烈的问题包括电价、对海洋生物的影响以及风力涡轮机在视野中的可见度。

风电场的支持者表示，大多数反对意见是出于对房地产价值的担忧。他们声称，反对者并不真正关心野生动物或健康，而是担心风力涡轮机会损害他们房产的价值。一个值得注意的例子是罗伯特·肯尼迪·小，他拥有拟建风电场附近的房地产。肯尼迪表示他支持风能，但反对该具体项目。

尽管有这些反对意见，但 2007 年的舆论调查公司调查发现，84% 的马萨诸塞州居民支持该项目，科德角有 58% 的居民也支持。

欧洲海上风力部署中心

欧洲海上风力部署中心最初于 2003 年提出，计划建在苏格兰阿伯丁湾巴尔梅德海岸外 2 公里处，用于测试新风力涡轮机设计在苏格兰未来风电项目中的性能。 规划申请于 2011 年 8 月提交，得到了两家公司，瓦滕福尔和 Technip 的支持。

然而，这块土地归属于私人拥有的梅尼庄园，巴尔梅德，阿伯丁郡，苏格兰，该庄园于 2006 年被唐纳德·特朗普收购，用于建造一个顶级旗舰级连杆式 高尔夫球场，作为更大的 16 亿美元“度假村”的一部分，度假村还包括第二座高尔夫球场、一家酒店、豪华度假屋和一个住宅区。 特朗普一直阻碍该中心的建设，因为他担心风力涡轮机会破坏他新庄园的景观和价值。2011 年 9 月，特朗普对规划申请提出异议，并暂停了其新度假村的建设。 除了法律纠纷外，他还经常公开风能批评者，就鸟类死亡率和健康问题发表评论。

特朗普只能延缓进程，而无法完全阻止该中心。2013 年 3 月，苏格兰最终批准了在阿伯丁湾巴尔梅德海岸外 2 公里处建设测试区域。特朗普在最后一刻发起了一项法律挑战，反对苏格兰批准建造风电场， 但该挑战于 2014 年 2 月被驳回，导致特朗普放弃了在阿伯丁的计划。

最初反对该风电场的另一个参与者是英国皇家鸟类保护协会（RSPB）。他们担心海岸上的野生动物，并在 2006 年表达了担忧。 然而，他们在 2012 年放弃了反对，因为计划的风力涡轮机数量减少，布局也进行了重新设计。

诺曼底

2011 年，法国提议在库尔瑟勒-叙-梅尔海岸外约 6 英里处建造一座海上风电场，库尔瑟勒-叙-梅尔是加拿大步兵在诺曼底海岸登陆的地方。拟建风电场拥有 75 台风力涡轮机，预计可生产约 450 兆瓦电力。建设计划于 2015 年开始 。宣布之后，该计划遭到了反风能组织的攻击，例如欧洲反对风电平台，该组织组织了一次反对该项目的请愿活动。该组织认为，这些海滩是一个历史遗址，不应该在没有征求战争老兵的意见的情况下进行改变 。他们得到了“诺曼底重返”组织的约翰·菲普斯的支持，该组织为英国老兵组织诺曼底之旅，他表示，诺曼底的海滩如果有风电场，就不会那么纯粹了 。然而，其它组织的领导人，例如诺曼底老兵协会的全国秘书乔治·巴茨，支持该项目，只要风力涡轮机不在海滩上本身 。虽然风电场区域已经缩小，但风电场不会搬迁，因为这可能会中断捕鱼或其它海上活动 。截至 2014 年 12 月，风电场建设仍计划于 2015 年开始 。

结论

从风能技术的社会界面可以汲取一些教训。

• 技术路径依赖。技术可以在一个方向上发展和进步，这个方向或路径成为未来发展的焦点，而其他选择则难以取得相关性。
• 不同技术在世界不同地区的可行性。并非所有技术都适合所有地方。经济、文化和地理因素影响着技术的实施。例如，风力涡轮机在多风的地方经济可行，而风捕集器只在极低湿度气候中可行。
• NIMBY。人们可能普遍支持某个想法，但当它的弊端直接影响到他们时，他们就会反对。大多数人根据激励做出决定，优先考虑个人利益而不是公共利益。提供个人激励的技术会蓬勃发展，即使它们对环境有害。我们在世界各地都看到了这种情况，因为人们或企业基于最大化利润做出决定，而忽视了环境影响。为了成功地拯救环境，我们必须开发提供个人激励和环境效益的技术。