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文档简介

风能与风功率

风功率与风压一团质量为m的空气以速度v运动，它所具有的动能

（1）设一个垂直于风向的平面，面积为S，见图1图1

风速与截风面积单位时间通过该平面的空气质量m为

ρ是空气密度

标准状态下ρ=1.2928kg/m3

，考虑到气温等因素本处计算取ρ=1.2kg/m3，代入（1）式得到风功率P：

（2）可见同样面积下风功率的增加是按风速增加的三次方倍增加，例如，对于1平方米风速为5米时的风功率为75W，当风速为10米时的风功率为600W。

空气在1秒时间里通过单位面积的动能也称为“风能密度”，在此风能密度

“风压”就是垂直于气流方向的平面所受到的风的压力，在计算风力机载荷时需要参考。风压以单位面积上的风的动压来表示：

（3）可见风压的增加是按风速增加的二次方倍增加。根据国家标准，把风力发电机组的分为5级，按年平均风速10m/s、8.5m/s、7.5m/s、6m/s四种风速和特殊设计风速一个（本处设为13m/s），我们再增加停机风速20m/s和起动风速3m/s共七个风速来计算单位面积（每平方米）的风功率与风压，计算所得数据填于下表：表1

风速、风功率、风压对照表

风力发电机的效率图2

水平轴风力机的扫风面积图3是一个四叶片的H型升力垂直轴风力发电机的扫掠面积示意图。图3

垂直轴风力机的扫风面积

根据前面两表可由所需发电功率估算出风力机所需的扫风面积，例如200W的升力型垂直轴风力发电机工作风速为6m/s，全效率按25%计算所需扫风面积约为6.2m2,如果工作风速为10m/s则所需扫风面积约为1.4m2即可；例如10kW的升力型垂直轴风力发电机工作风速为10m/s，全效率按30%计算所需扫风面积约为56m2,如果工作风速为13m/s则所需扫风面积约为25m2即可。按高风速设计的风力机体积小成本相对低些，但必须用在高风速环境，例如把一台设计风速为10m/s的风力机放在风速为6m/s的环境工作，其功率会下降80%；按风速6m/s设计的风力机风轮会很大，虽在6m/s时运行很好，但遇大风易超速损坏电机，为抗强风时需增加结构强度使成本大大增加。风力机的工作风速范围选择要适当，既要在较宽的风速范围内高效安

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