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1、风力发电原理和离网型风力发电系统一一一、一、、、与小型风力发电有关的与小型风力发电有关的资源评估1.风能2.风能特性3.判断小型风力发电现场风资源的规则11.风能•由太阳不均衡的热所产生•风能是动能...质量和动量•风能与叶轮半径的平方成正比•风能与风速的立方成正比•风力资源是非常丰富的•风力资源的分布是分散的...大多数地区都有足够的风力可以用来发电•风是不稳定的，，，间隙性的，间隙性的风中的能量(W/m2)=1/2x空气密度x风力发电机叶轮扫风面积x(风速)3rrrrAV3GraphiccourtesyofAWSScientific2风中的能量
2、(W/m2)－－－空气密度－空气密度=1/2x空气密度x风力发电机叶轮扫风面积x(风速)3rrrrAV3密度=P/(RxT)瞬时风速P–气压(Pa)面积=pppr2(不是平均风速)R–气体常数(287J/kgK)T–空气温度(K)kg/m3m2m/sGraphiccourtesyofAWSScientificrrr空气密度随高度增加风力发电机的功率减少海拔高度(ft)海拔高度(m)相对输出变化0(海平面)0(海平面)100%30210099%90630097%1,81460094%2,72290090%3,6271,20088%4,5361,500
3、85%5,4431,80082%6,3502,10079%7,2582,40076%8,1652,70073%9,0723,00070%3风中的能量(W/m2)－－－扫风面积－扫风面积=1/2x空气密度x风力发电机叶轮扫风面积x(风速)3rrrrAV3密度=P/(RxT)瞬时风速P–气压(Pa)面积=pppr2(不是平均风速)R–气体常数(287J/kgK)T–空气温度(K)kg/m3m2m/sGraphiccourtesyofAWSScientific风中的能量(W/m2)－－－扫风面积－扫风面积•从风中获得的能量与叶轮的半径的平方成正比•从风中
4、获得的能量与叶轮与叶片的多少无关GraphiccourtesyofAWSScientific4风中的能量(W/m2)－－－风速－风速=1/2x空气密度x风力发电机叶轮扫风面积x(风速)3rrrrAV3密度=P/(RxT)瞬时风速P–气压(Pa)面积=pppr2(不是平均风速)R–气体常数(287J/kgK)T–空气温度(K)kg/m3m2m/sGraphiccourtesyofAWSScientific风中的能量(W/m2)－－－风速－风速•从风中获得的能量与风速的立方成正比•如果风速增加一倍，，，则风能增加八倍，则风能增加八倍(23=8)...平
5、均风速的些微变化能在产生能量上引起很大变化•从风中获得的能量与叶轮与叶片的多少无关GraphiccourtesyofAWSScientific5风级及风速风级米/秒公里/小时术语22.0-3.07-11轻风33.5-5.012-19微风45.5-8.020-28和风58.1-10.929-38清劲风611.4-13.939-49强风714.1-16.950-61疾风817.4-20.462-74大风920.5-23.975-88烈风1024.4-28.089-102狂风1128.4-32.5103-117暴风1232.6-35.9118-133飓风
6、1336.9-40.4134-1491440.1-45.4150-166测量风力的单位m/s=米/秒，基本国际单位mph=英里/小时=0.447m/s(或m/s=2.237mph)kts=knots(海里)/小时=0.515m/s(或者m/s=1.943kts)km/hr=公里/小时=0.278m/s(或m/s=3.6km/hr)62.风能特性风切变扰动每时每刻都在变化风切变水平风速随高度的变化是风速风速，地表粗糙度地表粗糙度（也许随方向的不同而不同）和气流的稳定性气流的稳定性（随白天晚上而变化）的函数V2=7.8m/s风切变指数在较低的风速、
7、粗糙的表面和稳定条件下较大Z=40m2典型风切变指数(a)：.10-.15:水面/海边V1=7.0m/s.15-.25:缓慢起伏的农地.25-.40+:树林/山区Z=25m1WindShearProfileaaaa=Log[V/V]V2=V1(Z2/Z1)a1021Log10[Z2/Z1]GraphiccourtesyofAWSScientific7风能特性：：：风速随高度增加：风速随高度增加风速的些微增加可以在功率输出上很大的增加(P~V3)通常塔架必须高于周边的所有的障碍物(扰动)塔架越高越好8扰动扰动通过削弱风力在叶片上的作用来减
8、少风力发电机的输出高度或距离上的要求经验公式:在在在100米的范围内，，，风力发，风力发电机至少高于障碍物10米米米.9避
