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文档简介

风力发电的基本原理【本章教学目标】熟悉大气环流、季风环流，掌握我国季风环流的形成，熟悉海陆风、山谷风的形成，了解风级；掌握测风系统组成、风速和风向测量方法；理解风能的特点，熟悉中国风能资源分布特点，掌握风能丰富区分布；理解风特性，掌握平均风速和风向、湍流度；了解风速随时间变化规律，掌握风速随高度变化规律；掌握风能公式。3.1工作原理风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率，与风速的三次方和空气密度成正比关系。风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力，特别是对沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，有着十分重要的意义。图3.1大型风电场图3.2现代风力发电机基本组成3.1.1风轮

风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只(或更多只)螺旋桨形的风轮组成。当风吹向叶片时，叶片上产生气动力驱动风轮转动。叶片的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。3.1.2发电机发电机是把由风轮得到的恒定转速，通过升速传递给发电机均匀运转，把机械能转变为电能。3.1.3塔架

塔架是支承风轮、尾翼和发电机的构架。3.2风力发电基本理论3.2.1贝茨（Betz）理论世界上第一个关于风力机风轮叶片接受风能的完整的理论，是1919年由德国的A·贝茨（Betz）建立的。贝茨理论的建立，是假定风轮是“理想”的。“理想风轮”是指风轮全部接受风能，假设没有轮毂，叶片无限多，气流通过风轮时没有阻力，空气流是连续的，均匀的，不可压缩的，气流速度的方向不论在叶片前或流经叶片后都是垂直叶片扫掠面的（或称平行风轮轴线的），具体条件如下：(1)风轮没有锥角、倾角和偏角，全部接受风能(没有轮毂)，叶片无限多，对空气流没有阻力；(2)风轮叶片旋转时没有摩擦阻力；风轮前未受扰动的气流静压和风轮后的流静压相等，即

；(3)风轮流动模型可简化成一个单元流管，如图3.3所示；(4)作用在风轮上的推力是均匀的。图3.3贝茨理论简图图3.4风轮的叶素3.2.2叶素理论1889年，RichardFroude提出叶素理论。叶素理论是从叶素附近流动来分析叶片上的受力和功能交换。图3.5叶剖面和气流角、受力关系3.2.3涡流理论另一种计算风轮气动性能的理论就是涡流理论。涡流理论的优点在于考虑通过风轮的气流诱导转动。风轮旋转工作时，流场并不是简单的一维定常流动，而是一个三维流场，见图3.6所示。理论考虑风轮后涡流流动，并假定：①忽略叶片翼型阻力和叶梢损失的影响；②忽略有限叶片数对气流的周期性影响；③叶片各个径向环断面之间相互独立。图3.6风轮涡流示意图图3.8a）风能利用系数特性图3.8b）无因次扭矩特性3.2.3动量理论

动量理论是WilliamR

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