风是地球上最常见的自然现象之一。但是对于风的产生并不是每个人都了解，究竟风是怎样形成的？它的能量有多大？人们如何驾驭使用它？更是值得对它进行一番研究。
风的形成和风能
风的形成
地球的表面被厚厚的一层大气包裹着，它足足有120多千米厚，也就是人们常说的空气层。越接近地面，空气的密度越大。换句话说，离地面越高，空气就越稀薄。空气的主要成分是氮、氧、氩、二氧化碳和水蒸气等多种气体。这些物质都有一定的质量，所以空气是有质量的。
地面的空气不是静止的，它时刻都在运动，气象学上把空气的上下移动叫“对流”，若是不规则的运动就称“紊流”。只有当空气沿地面作水平运动时才叫“风”。这种风有一定的方向，例如，东风、西风、南风、北风等。
产生风的主要原因是气温变化，而气温又受太阳辐射的影响。所以风是由太阳影响而产生的，它的能量来自太阳的辐射。具体地说，太阳辐射与地球自转和公转变化，使地面各处受热不均，大气的温差随之发生变化，促使空气流动。加之空气中水蒸气的含量变化，以及地形高低不同，空气流动产生的风就千变万化。
风有一定的季节性和时间性，因为大陆、海洋、山地等对太阳辐射热的吸收和释放情况不一样，学术上称作“比热”不同，使大气产生压差，影响空气的流向。例如，冬季陆地散热快，气温低，大气压力高，这种高气压的空气就流向海洋温暖的低气压区。像我国，多数海洋在南方，于是冬季多刮北风。相反，夏季太阳辐射到内陆，陆地显得比海洋更热，这时陆地的气压变低，空气就从南方的海洋流向北方的大陆，因此夏季多刮南风。这是就大的季节性规律而言。若在一天之内，白天太阳的辐射热在海水中容量大，陆地受热快，散热也快，陆地是白天热，夜间凉，所以白天风从海上刮向陆地。海水蓄热多，夜间海洋比陆地热，海洋的气压低，风就从陆地刮向海洋。住在海边或大湖周围的人对这种风向的变化感觉较深。当然，这只是一般的规律，具体地方还有地形的影响，地势高低不同，空气的流动也不一样。例如，白天凉风多往山上吹，夜间山风多向平地刮。这些现象都是山上、山下受太阳辐射不同的结果。其实风受多种因素影响，非常不规则，甚至瞬息万变，来去无踪，令人难以捉摸。
风能量的测算
风向变化多，风的大小变化也多。如何测量风？这是一项专门技术。人们知道，风的运动有速度，空气有质量，这就是风速和风的密度。进行风的测量，少不了风速和风的密度。科学家测算风力有许多公式，最简明的是下面这个表示风力的公式：
E=12ρV3F
式中：E——风能量（瓦）；
ρ——空气密度（千克/米3）；
V——风速（米/秒）；
F——垂直于风速的截面积（平方米）。
由上式可以看出，如果其他因素变化不大，风速就起决定性的作用，因为风速与风能量是成立方关系。
在测量风的能量时，风速的重要性如此大，所以有专门的测量仪（风速仪）来测量。它是计算在单位时间内风的行程，常以米/秒或千米/时来表示。由于风不恒定，风速经常变化，所以风速仪也只能按一定时间去捕捉它。也就是在一定的时间内测得多次瞬时风速，然后把它们平均起来计算。于是得到平均风速，例如日平均风速、月平均风速和年平均风速等。当然，在同一地点，风速仪设置的高度不同，所得风速结果也是不同的。风速是随高度而增强的。气象上通常以离地面10米高度为测风标准，以便统一比较。但是也有按不同高度测量的，目的为适应不同需要。特别是现在开展风能利用，准确的风速测定尤为重要。
根据风速的大小，人们常把风的大小分成若干级别。每天听天气预报，总有某时某地刮几级什么方向的风。这种风级的划分已有国际标准，现在世界通用的是根据1946年修订的18个等级，但在实际应用中只有12个等级，也就是人们常说的最大的风为12级大风。
空气的密度不同，在单位面积流动时产生的动能也不一样。风能密度就是通过单位截面积风所含的能量，常以瓦/米2来表示。因此，风能密度是决定风能潜力大小的重要因素之一。前面提到，空气的密度与高度有关，实际上是取决于气压和温度。不同地方风能密度不同：通常地势低和沿海的气压较高，空气密度大，风能密度也就大；反之，高原和高山空气稀薄，风能密度就小些。不过往往地势高，气温低，风速大，风能潜力仍然不小。总之，风能量的大小是多因素综合的，应作具体的分析。
风能资源评估
风是活动变化着的东西，谈到它的资源就不如矿物资源那样好评估。世界上有过各种估算风能资源的方法，最早有人估算地球近地层的风能总量约13000亿千瓦。后来，世界气象组织估算，全球可利用的风能总量约为200亿千瓦。这是根据太阳能转变为风能辐射量计算的结果，应是比较准确的。但无论怎么说，风能资源评估的数字都是非常巨大的。然而在这巨大的数字中，究竟中国的风能资源如何？根据近年来中国气象科学院的研究成果，全国风能贮量约为32亿千瓦，其中现阶段可利用的风能资源为2.53亿千瓦。中国风能丰富的地区为东南沿海及其附近岛屿。在内陆地区，主要是沿东北、内蒙古到甘肃走廊和新疆一带的广阔地区。在华北和青藏高原也有一些地方的风能资源较丰富。东南沿海的风能密度在200—300瓦/米2，年平均风速7米/秒左右，全年有效风时约6000多小时。内蒙古和西北地区的风能密度为150—200瓦/米2，年平均风速6米/秒左右，全年有效风时5000—6000小时。青藏高原的风能密度较低，约150瓦/米2，但年平均风速也可高达6米/秒左右，全年有效风时5000多小时，有的高山可达6500小时。总的说来，中国的风能资源状况是比较丰富的，覆盖地域也较广阔。由于风能分布受地形的影响较大，有的地方总体上看风况不算好，但局部地点风力却非常强。例如，吉林省的长白山天池附近海拔2600多米，年平均风速竟高达11.7米/秒，风能密度也有100多瓦/米2。又如江西省的鄱阳湖北岸狭窄地带，因受大湖水体及狭窄湖道的效应影响，形成了特殊的风能优势，年平均风速高达7米/秒，有效风能5000—7000小时，风能密度达500瓦/米2。由此可见，风的资源要按具体地点测算，范围越小，观测数据越多，风能资源的测算就越可靠。为了开发利用风能，现在各地都在加强风能资源研究。
风能利用的发展史
人类利用风能有几千年的历史，最早的利用方式是行舟。行船使帆，无论是古埃及尼罗河上的风帆船，或是中国自古以来的木帆船，都有两三千年以上的文字记载。我国商代的甲骨文中就有风帆的象形文字，这是无可争辩的事实。当然，最辉煌的风帆时代还是明代初期，14世纪初叶，著名的中国航海家郑和，他率领庞大的帆船队伍，七下西洋，扬帆远航。他比意大利的航海家哥伦布早90年而闻名于世。当时我国的风帆技术是非常了不起的，它在以后几个世纪中，都是人类利用风能的先导，直至18世纪蒸汽机的发明，而后有了轮船，风帆船才慢慢退出历史舞台。其实作为水上交通运输工具，风帆船至今也未绝迹，仅我国的内河航运，风帆货船仍有一定的数量。至于体育竞技的帆艇和旅游帆船，不但没有减少，而且还在发展。
风能利用的另一方面是风车，它可以用来提水、磨面等，能替代大量的人力劳动。早在一千多年前，中国就发明了风车提水，大约12世纪初，风车从中东传入欧洲，特别是16世纪前后，荷兰人利用风车排水，在低洼的海滩地上建国立业，今日已成为欧洲的一个经济发达国家，但是他们没有忘记风车，把它视为国宝。在机泵、电泵出现前，风力提水在欧洲十分普遍，至今北欧国家还保留了大量荷兰式的大风车，它是人类文明史的象征，也是今日观光旅游的景点。进入近代，19世纪末，丹麦人首先研制了风力发电机。第二次世界大战以后，飞机制造业的迅速发展，空气动力学的理论、风机叶片的制造技术、材料和电子自动化技术的突飞猛进，为风力发电机的大型化提供了有利条件，风力发电应运而生，现已成为新能源的重要产业之一。与此同时，各种现代化的风能利用也日益提上议事日程。
现代风能利用技术
风力发电
自从1890年丹麦政府制订风力发电计划以来，整整经历了一个世纪，风力发电技术才逐步成熟起来。这是一条不平坦的技术发展道路。100年来，世界各国研制的风力发电机类型很多，数不胜数，从大类分，主要有水平轴型、竖轴型（又称垂直轴型）和特殊型（如扩压式和旋风式，现在尚处于探索性研究）。
水平轴型风力发电机这是目前技术最成熟，生产量最多的风力发电机。小型水平轴风力发电机比较简单，如10千瓦以下的风力发电机，特别是几百瓦的充电式微型风力发电机，主要部件有叶片、传动轴、齿轮变速箱（微型机可以不要变速箱）、发电机、尾翼和塔架（微型机只用支撑杆和拉线）。
这种小型风力发电机，一般有2—3个叶片，多数用玻璃钢材料粘贴，微型机也有木制的叶片或金属叶片。多数都是升力型叶片，如同飞机的翼型，风能利用率高。发电机多选用低速永磁发电机，这样可以省去增速器和励磁机构。尾翼（或称尾舵）是调整风向用的，可使风机保持对准风向，同时也可用来停机，使风机偏离风向而停止旋转，特别是当风速过高时，尾翼可以起保护风机的作用。塔架或支撑杆是用以承载风力机的重要部件，它要承受风力机的静载和动载，应牢固不产生振动，才能保证整机的安全运行。我国研制生产的水平轴小型风力发电机较多，产量居世界首位，每年生产万台以上。目前我国安装的小型风力发电机有15万多台，主要在内蒙古牧区和其他偏远无电地区。容量多数为100—200瓦，近年来也发展一批500—1000瓦的独立户用的风力发电机。这些都是要用蓄电池充电，从铅酸蓄电池输出的直流电也可经逆变为交流电，以方便用户。1—10千瓦的风力发电机可解决较大用户的需要，如部队边防哨所、小型工厂、作坊或海水淡化等用电。许多发展中国家，电网覆盖率低，尤其是农村地区多数缺电，架设输电线路投资大，由于用电量不大，长距离送电线损耗多，经济上不合理。因此发展小型风力发电机独立供电较好。
