风力发电知识入门

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1、风力发电知识入门1风和风能1.1风的特性1.2风能和风能密度1.3风速等级表1.4风向和风频1.5风速频率1.6风的测量1.1风的特性•风的方向不定、大小多变。•风速随高度的增加而提高，风速沿高度的相对提高因地而异，大致上可以用下式表示：Vn=V(Zn/Z)a11式中：Vn－Zn高度处风速（m/s）V－Z高度处风速（m/s）11a－风切变指数a＝ln(Vn/V)/ln(Zn/Z)11•风除了随高度变化而变化外，还随季节的变化而变化、随日夜的变化而变化、随地形的变化而变化。1.2风能和风能密度•风能：空气运动的动能称为“风能”,风能的计算公式为：E＝1/2ρsV3式中:

2、E－风能（W）ρ－空气密度（kg/m3）S－气流截面积（m2)V－风速（m/s)•风能密度：单位时间内通过单位面积的风能W＝1/2ρV3•有效风能密度：指风机可利用的风速范围内的风能密度（对应的风速范围大约是3～25m/s)。（风速与风能密度对照表）1.3风速等级表风力等级风速（m/s）风力等级风速（m/s）00.0～0.2920.8～24.410.3～1.51024.5～28.421.6～3.31128.5～32.633.4～5.41232.7～36.945.5～7.91337.0～41.458.0～10.71441.5～46.1610.8～13.81546.2～5

3、0.9713.9～17.11651.0～56.0817.2～20.71756.1～61.21.4风向和风频•通常把风吹来的地平方向定为风的方向，在陆地上一般用16个方位来表示不同的风向。•风频是指风向的频率，即在一定时间内某风向出现的次数占各风向出现次数的百分比。1.5风速频率风速频率是指一定时间内某风速时数占各风速出现总时数的百分比。利用风速频率分布可以计算出某一地区单位面积上全年的风能。1.6风的测量初步选定风电场之后，要进行1～2年的测风。测风的主要目的是正确估计该地区可利用风能的大小,为装备风力机提供风能依据。风的测量主要包括风向测量和风速测量两项.测风高度一

4、般为10m、30m、50m、70m。从测量数据中整理出每分钟（或每小时）的平均风速和最多风向，并选取日最大风速（10min平均）和极大风速（瞬时）以及对应的风向和出现的时间。对影响风机出力和安全其它气象数据（如气温、空气密度、湿度、太阳辐射、雨、冰雹、冰雪）以及特殊气象情况（如台风、雷电、沙暴、盐雾、冰冻期等）有测量和统计。2.风力资源太阳辐射到地球的热能中有约2％被转变成风能，全球大气中总的风能量约为1014MW。其中可被开发利用的风能理论值约有3.5×109MW，比世界上可利用的水能大10倍。2.1中国风力资源据中国气象科学院预测，我国经济可开发风能资源为：·陆上

5、约有2.53亿千瓦(年电量5000亿千瓦时)·海上约有7.5亿千瓦·合计约10亿千瓦2.1.1我国陆上风能分布图2.1.2我国近海风力资源2.1.3我国各省区风能经济可开发储量单位：万千瓦省区风能储量省区风能储量省区风能储量内蒙6,177.5山东393.6湖北192.7西藏3,993.0山西387.1广西168.1新疆3,433.0河南367.5浙江163.5青海2,421.4云南366.6宁夏148.4黑龙江1,722.8江西292.9福建137.2甘肃1,143.0安徽250.5贵州100.6吉林637.5湖南246.5台湾104.8河北611.9江苏237.6海

6、南64.0辽宁605.8陕西234.2四川435.8广东195.0全国合计25,300.03风力机工作原理自然界中的风能不便于利用。为了把风能转变成所需要的机械能、电能、热能等其他形式的能量，人们发明了多种形式的风能转换装置，这就是风力机。3.1风能转换基本原理如果将一块薄板放在气流中，则在沿气流方向将产生一正面阻力F和一垂直于气流方向的升力F其值分别由下式确定：DL，F=1/2CρSV2DdF=1/2CρSV2Ll式中：C－阻力系数DC－升力系数LS－薄板的面积ρ－空气的密度V－气流速度由作用于叶片上的阻力F而使其转动的风轮，称为阻力型D风轮；而由升力F而使其转动的

7、风轮，称为升力型风轮。L现代风力机多采用升力型风轮。4.风力机特性参数4.1风能利用系数4.2贝茨理论4.3风速－功率曲线4.4叶尖速比4.5扭力系数和推力系数4.6实度4.7扫掠面积4.8轮毂高度4.9切入风速4.10额定风速4.11切出风速4.12额定功率4.1风能利用系数Cp风能利用系数的物理意义是风力机的风轮能够从自然风能中吸取能量与风轮扫过面积内气流所具风能的百分比。风能利用系数Cp可用下式表示：Cp=P/0.5ρSV3P—风力机实际获得的轴功率（W）ρ—空气密度（kg/m3）S—风轮旋扫面积（m2）V—上游风速（m/s）4.2贝茨理论无论