风力发电原理 风力发电原理 风中蕴含的能量 风电机组将风的动能转化为机械能并进而转化为电能。从动能到机械能的转化是通过叶片来实现的，而从机械能到电能则是通过发电机实现的。 动能 空气的质量 空气密度随着空气压力的增大而增大，随着温度的升高而减小： ? 冷空气比热空气密度大（热气球升空就是利用的这个原理）。在普通大气压力和20°C 温度的条件下每立方米空气的质量是 1.204 kg ；在 -10°C 的温度下，每立方米空气重 1.342 kg，比常温下重了11%。 也就是说，同样的风速同样的风电机，-10 °C冷风比 20 °C热风能够多产生11%的电能。 ?单位体积的空气，密度大的比密度小的要重，也含有更多的能量。高压地区（1020hPa）的空气密度比低压地区（980hPa）的空气密度大，单位体积重量也大。 风力发电原理 风能转化为机械能 升力型和阻力型风力机 风会对切割它移动方向上的任意面积A 形成一个力，这个力就是阻力。阻力型机器利用阻力产生动力。 阻力型风力机 ?阻力与下面的参数成比例关系： 风速 U 的平方 切割面积 A 该面积的阻力系数 CD 空气密度 ρ 阻力型风力机 古波斯的风力机 阻力型风力机 阻力型风力机 ?风杯风速仪也是利用阻力原理来实现的。风杯风速计上风杯的CD-值分别是1.33和0.33（迎风时和背风时）。风杯迎风时的阻力要比背风时的阻力大很多，所以风杯风速计才会迎风旋转。 通过阻力定律来运动的转子无法转动的比风速更快（增速值小于1），属于亚风速转子。这种转子能量损失较大，功率系数（流体动力学上的作用参数）非常小。（波斯风车大概0.17，风杯风速计大概0.08） 升力型风力机水平轴HAWT, 丹麦理念 上风向恒转速风轮、 失速功率控制、 叶尖气动刹车＋机械刹车 升力型风力机 垂直轴风力机VAWT, 达里厄Darrieus 升力型风力机水平轴HAWT, 美国多叶片 升力型风力机 贝茨理论 风电机叶片无法将风能量的100%转化为机械能。风电机的转化效率是有极限的。 德国物理学家阿尔伯特贝茨 (1885-1968) 在1920年计算了风电机转化效率的最大可能值，并在1926年公开发表。 理论风能利用系数（Betz极限） 贝茨的假定条件 理想风轮：无轮毂、无限多叶片、气流流过风轮无阻力； 气流流过风轮是均匀的，在风轮前后的速度为轴向。空气是不可压缩的。 基本原理 风能利用系数 cp: 基本原理 风电机功率: cp 依赖以下因素: 尖速比λ:叶片叶尖线速度与风速的比值； 叶片数量：2-3片 叶片角度：攻角 翼型设计：优良的翼型提高效率 基本原理理想Betz效率 CP – λ曲线 基本原理：实际各种风机效率 * 中能联创－夏晖 * 中能联创－夏晖 一台2MW的风电机叶片半径在40米左右。在普通空气密度下，温度10°C，风速6米/秒（= 21 km/h）的情况下，风电机的功率是780KW。在这个风速下，每秒流经风电机的空气是43吨。其中所蕴含的能量相当于一辆小型货车（2.5吨重）开90公里/小时的时候，或者一台小轿车（700公斤）开170公里/小时的时候的能量。 当风速达到18米/秒（= 65 公里/小时）的时候，每秒流经风电机的空气大约是110吨。风速增长到3倍，但风的功率却要增长到3的3次方倍，也就是27倍。这个时候风的功率大约是21兆瓦。 1922年，芬兰工程师 S. J. Savonius发明了 Savonious风机 Ref: 根据伯努利方程，在同一高度上，叶片的底面或者顶面的动态压力和静态压力和平衡。由于顶端的空气流动比底端的快，从而使顶端产生低压，而底部产生高压：这就是飞机飞行的原理，也是风电机叶片转动的原理。 理想值 One blade Two blades Three blades Darrieus Dutch-Type American

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