72、风能领域中网络物理系统（CPS）的应用：现状与未来潜力

风能领域中网络物理系统（CPS）的应用：现状与未来潜力

1. 风能发展的动力与现状

风能作为一种可再生能源，其发展历程悠久且成果显著。风力发电机的工作原理相对简单，即把风能转化为旋转能，进而可用于机械做功或转化为电能。

早在7世纪的波斯，人们就发现了风能作为可再生能源的潜力。11世纪左右，风车传入欧洲，并在农业中作为水泵或面粉厂使用，著名的荷兰风车由此开端。19世纪末，风能有了重大发展，1887年，苏格兰的詹姆斯·布莱斯开发出第一台用于私人用途的发电风力涡轮机。20世纪初，全球涌现出许多风能项目，但当时风力涡轮机的性能水平较低，电功率输出低于100千瓦。到了70年代初的石油危机期间，风能等可再生能源的重要性凸显，性能水平显著提高。

如今，风力涡轮机通常处于兆瓦级功率，一般有三个叶片，朝向上风方向。陆上涡轮机的基准功率为2.5兆瓦，海上涡轮机则超过5兆瓦。常见的是在陆上和海上风电场中运营风力涡轮机，风电场规模从几兆瓦到630兆瓦不等，可与传统的煤炭和核电站相媲美。从2000 - 2014年全球累计安装的风力发电容量数据能看出风能的快速发展。2013年，全球已有3%的电力通过风能供应；2014年丹麦的能源平衡中，风能占电力供应的40%。据全球风能理事会估计，到2030年，全球17 - 19%的电力需求可由风能满足。

近年来，政治决策是风能发展的主要驱动力之一。在能源转型过程中，许多国家制定了相关法规和目标，以可再生能源替代化石燃料供电，减少温室气体排放。例如，欧盟计划到2020年将可再生能源供电比例提高到20%，同时将温室气体排放量减少20%；德国则希望到2020年将温室气体排放量与1990年相比减少40%。

在所有可再生能源中，风能已成为能源