风力机的特性系致

1、风力机的特性系数风力机的特性系数一、风能利用系数一、风能利用系数Cp风力机从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利用系用风力机从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利用系用Cp表示表示二、叶尖速比 为了表尔风轮运行速度的快慢，用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量，称为叶尖速比VRVRn2三、实度 风轮的叶片面积与风轮的扫风面积之比称为实度。它也是描述风力机特性的重要特征数 风轮的实度 是与其叶尖速比相联系的，不同风轮的 值与的关系见图。装置负荷量的估算 设计风力发电装置时，首先应了解各种电器的功率和用电时间如果是用于提水，则需要计算提水所需要消耗的机械能，才能确定风力机的额定负荷和尺寸，现分述如下

2、。 一、电负荷的推算 在进行电负荷计算时，需要了解所用电器的耗电量和使用的时间。 准确的估算办法是四出每日的电能消耗图，再按月进行汇总以家用电器为例，可画出如图329所尔的图形。 或者参照表32进行估算二、机械负荷估算 机械负荷是指将风动力装置直接用于提水、谷物加工或压缩空气时所需要带动的负荷。现以风力提水为例讨论如下。 (一)图为一典型的风力提水装置，为了确定所需要的机械负荷大小，首先要知道水井的深度H1和水棺的高度H2 1如果井水面与贮水槽之间有较长的管道，则管内的水头损失不能忽略，这部分损失使水泵的负荷增大。 水头损失水头损失系数管道全长，m 2上式末计及管接头的水头损失如果管道很长，而

3、接头损失影响不大，可以忽略。 (二)水泵所需的功率 设扬水量为Q(Lmin)、扬程为H(m)，则扬水所需功率为QHQHp163. 0601021000pskWQHQHp22. 060751000 (三)如果需要估算能量的总耗量，必须知道每日或每月的用水量。 这时，如果采用功率P05Ps额定流量Q40Lmin的水泵，则这台风力提水机每月需运行的时间为：输出功率与风能的关系 一、装置的总效率 为了求得风能装置的总体尺寸，除了考虑风力机本身的转换效率以外，还得考虑风力机的其他损失，如传动机构损失、发电机损失、泵损失等。 以风力发电装置为例，右取风力机效率为70，传功效率和发电机效率为80，因理想风力

4、机的风能利用系数为593，所以装置的风能利用系数为 二、工作风速与输出功率的关系 起动风速，停车风速，额定风速 1如果增大发电机的容量(额定功率)，可以更有效地利用含能量大的高风速； 2如果提高风力机的工作风速，在转速变化情况下，功率按速度的三次方增加，但额定功率般受发电机容量的限制不能增大； 3为使供电频率稳定和出于防振技术方面的原因，风力机应尽可能以稳定的或变化很小的转速工作所以风力机就不可能在任何风速下部以最佳的功率系数和叶尖速比工作，在固定的额定的速下，CP值不再与有关，而是仅取决广风速v 一般风力发电机的功率有两个明显的相反趋势；一方面，气流中所含的动能以风速的三次方增大，另一方面功

5、率系数Cp在开始阶段随风速增大而增大，至于额定风速的某风速值时达到最大值，之后便开始减小。 4额定风速Vnom的选择直接影响风力机的年能量输出，现举一例加以说明： 图336是两种1000w风力发电机的功率曲线。发电机A的启动风速是3.5m/s，额定风速是8m/s。发电机B的启动风速是4.5m/s，额定风速是12ms。出此可知，风车A的直径应比B大 设某地一个月的风况曲线如图337所示。如果把一个月720小时每隔20小时分为一格，则利用每格对应的风速关系和图336，可以方便的计算出发电机的输出功率，如表34所示 由上表可知，从发电机A得到的电能为228kWh/月，从B得到的是82kwh/月。 从

6、低额定风速的风机获得较大的能量，势必要加大叶轮直径，这往往导致每千瓦成本随额定风速的降低而增加所以应找出风速持续曲线与额定风速两者的最佳匹配点。 如果确定了风机安装场所，则风速持续曲线可以确定，从而可求出各种风速下全年所能发出的电力，根据成本核算等综合考虑，即可求出发电机的容量与额定风速的最佳值。 对于在牧区使用的微型风机，还需要注意全年的总用电时间与额定风速下的吹刮时间是否基本吻合，以使蓄电池的配套容量降至最小风力机的总体性能和匹配特性 一、风力机的Cp曲线对总体性能的影响 下图338是两种小型风力机的Cp对比曲线。其中虚线的效率峰值比实线的高，但实线分布宽而平绥，所以叶尖速比阵风响应的变化

7、对风轮Cp值的影响，实线比虚线小得多由于风轮阵风影响后的平均转速效应，因而对于平缓的CP曲线，即使其峰值稍低，也比陡宜曲线理想。 长期的实践证明，运行效率曲线宽而平缓的风机,其输出功率较高。 二、风力机的Cp曲线与给定风场的风能分布曲线的适应问题 下图339表示A，B两种风力机，A的匹配不良，B则匹配良好。用户在选择机型时应注意这一点，以免风力机长期处于低效率下运行。 三、风力机的能量转换特性 风力机把风能转变成机械能，随着风力机型式的不同，有着不同的转换效率和特性现讨论风力机型式给定后，在其最高转换效率条件下的扭矩转速特性和功率转速特性 以S型风力机为例，设其半径R=1m，高H3m，Cp0.

8、15，0.76，则在保证最高转换效率条件下，可列出表35 前面曾介绍过，与最大转换效率对应的叶尖速比由风力机型式而定，所以风速变化时，风速与转速之比不变 所以，为使风力机在各种风速下都处于最大效率运转，应将负载扭矩按转速的平方比例关系增减 同理，负载功率应按转速三次方的比例关系增减 其中负载扭矩、分别与转速的2次方、1次方和0次方成比例变化； 负载功率、分别与转速的3次方、2次方和1次方成比例。 图340表示负载扭矩和功率与风速和风力机转速之间的关系 可以看出，在负载功率I的情况下，无论哪种风速均能得到最高的功率输出。 如果采用负载特性的变化规律，则负线的相对值随风速的增加而变小。当风这为75

9、m/s时，其负载下降较多，仅能索取风力机最大功率的79 在负载特性的情况下，这种倾向更为强烈，风速为75m/s时，索取的输出功率不超过最大功率的24。 综上所述，风力机特性与负载特性之间存在一个合理匹配问题l 为使风力机能在低风速至高风速之间较宽广的区域内保持高效率运转应尽量使负载扭矩与转速的2次方成比例，或使负载功率与转速的3次方成比例l例如，希望与水泵、空气压缩机和搅拌机等贮能装置配合，采用适当的传动速比，可使风轮与负荷达到理想的匹配。l在小型风力机设计中。通常采用降低速比实现负荷匹配，以便匹配的不良效应趋于最小，但对于交流发电机，一定量的不匹配是很可能发生的。风能的转换和贮能系统 （一）装置分类及其特点利用风能转换成机械能，用于扬水和谷物加工等从风能利用的角度看，这类装置的总效率多半是低的 (二)将风能转换成电能是最一般的利用方法因受电池容量的限制，部分风能将不能贮存起来风力发电机的扭炬转速特性一般也是远离前述的2次方曲线的，加上发电机的损耗，其总效率一般也很低。 (三)把风能直接变为热能由热力学知，机械能变为热能时，理论上可得到100的效率但这种装置的总效率取决于风力机效率，如果风力机效率不高，则装置的总效率受影响。不过在使用油压泵压缩机、搅拌机等装置的情况下，由于这些机器的负载扭矩有与转速的2次方成比例的特