第四章 风能
清洁能源概论风能
风力发电场建设
风力发电场建设需要考虑地理位置、风能资源、土地使用 、环境保护等因素。
建设过程包括项目规划、风能资源评估、设备选型和采购 、施工建设、设备安装与调试等多个环节，涉及大量资金 和技术支持。
风力发电并网技术
1
风力发电并网技术是指将风力发电产生的电能 输送到电网中，以供用户使用。
2
并网技术需要解决风能的不稳定性和间歇性问 题，同时还需要考虑电网的稳定性和安全性。
清洁能源概论风能
xx年xx月xx日
contents
目录
• 风能概述 • 风能资源状况 • 风力发电系统 • 风能环境保护意识 • 风能发电的发展前景 • 清洁能源的综合利用
01
风能概述
风能定义与特点
风能定义
风能是地球表面空气运动所产生的能量，是一种可再生、无 污染的自然能源。
风能特点
风能具有随机性、不稳定性、可再生性和无污染性等特点。
Байду номын сангаас
3
并网技术需要专业的技术人员和设备进行支持 和维护，以确保电网的正常运行和电力供应的 可靠性。
04
风能环境保护意识
减少温室气体排放
风能发电可有效减少CO2等温室气体排放，降低对全球气候 变化的负面影响。
风能发电的碳足迹远低于传统化石能源，有助于实现低碳甚 至无碳发展。
降低污染和环境破坏
风能发电可大幅减少燃煤、燃油等传统能源带来的废气、 废水排放。
中国风电装机容量稳居世界第一，累计装机容量 2.9亿千瓦。
美国、欧洲等发达国家对风能发电的投入持续增 加。
风能发电技术的发展趋势
大规模风电场开发
集中开发建设大型风电基地，提高风电发电效率和稳定性。
首师大版科学五下《风能》PPT课件
优点：没有污染，分布广泛， 可以再生，蕴量巨大 限运动
极限运动
知识回顾 Knowledge Review
祝您成功！
现代帆船
风具有能量
因为风提供给我们可以 利用的能量叫做风能
风能分布广泛、永不 枯竭、蕴藏量大、安全无 污染……
帆
风
船
能
风车提
风
重物
能
风车舂米
古代舂(chōng )米
舂米工具
舂米工具
风扇车选米
古代加帆的独轮车
风筝
玩具风车
玩具风车
风能是人类很早就使用的一种 能源。
到了蒸汽机普及以后，风能就 被人们逐渐遗忘了。
到了二十世纪中期，由于能源 危机和环境恶化，人类又将目 光投向了风能。
风力发电
人们是怎样利用风力发电的呢？
探秘风力发电
风力发电机包括叶片、转轴、发电 机三个主要部分。
叶片
转轴
垂直轴
水平轴
发电机
风力发电
风力发电的原理
地球上可用来发电的电 力资源约100亿千瓦，是 水力发电量的10倍
风力机空气动力学-第四章解析
华北电力大学
《风力机空气动力学》
17
§4-2：基础理论
与前面比较，本节考虑风轮尾流的旋转。 气流在风轮上产生转矩时，也受到风轮的反作用力，由此气流产生了 一个反向的角速度，使尾流以相反的方向转动。
新能源、可再生能源 ➢ 我国丰富的风资源与
政府的大力支持 ➢ 风能是有很强综合性的
技术学科
华北电力大学
《风力机空气动力学》
3
§4-1：概述
研究内容
➢ 风力机空气动力模型； ➢ 风力机翼型空气动力特性； ➢ 风力机叶片空气动力设计； ➢ 风力机风轮性能计算； ➢ 风力机空气动力载荷计算； ➢ 风力机气动弹性稳定性和动力响应； ➢ 风力机空气动力噪声和风力机在风电场中的布置等。
图３-１ 风轮流动的单元流管模型
华北电力大学
《风力机空气动力学》
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§3-2：基础理论
假设来自远前方的流管，在叶轮激盘处恰与激盘外径相切，并伸 向下游，如此建立控制体。
应用一维动量方程得
激盘前后区域应用伯努利方程
T m V1 V2
m 单位时间流经风轮的空气
风轮处的质量流量：VA ，那么
T AV V1 V2
V
2 3
V1
V2
1 3
V1
V2/V1
华北电力大学
《风力机空气动力学》
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风轮附近速度和压力的变化规 律
➢ 风力平面处的风速总比来流小 （风轮吸收了功率）
➢ 本模型假设尾迹不旋转，意味着 在转动尾迹的动能中没有能量损 失。
✓ 实际上肯定是有损失的。
➢ 即使对最佳设计的风轮也不可能 系数60％的风动能。
V12
V22
1 AV
2
3_风力发电技术课本知识点总结
第一章风及风能资源一、风的形成及影响因素1.风的产生：是由地球外表大气层由于太阳的辐射而引起的空气流动，大气压差是风产生的根本原因2.特性：周期性、多样性、复杂性3.风的分类：季风、山谷风、海陆风、台风、龙卷风二、风的测量1.风的测量包括风向和风速两种2.风向测量：风向测量是指测量风的来向风向测量装置：1)风向标：是测量风向最通用的装置，有单翼型、双翼型、流线型2)风向杆（安装方位指向正南）、风速仪（可测风向和风速，一般安装在离地面10米的高度）3.风向表示法：风向一般用16个方位表示，静风记为C。
4.风能密度:单位截面积的风所含的能量称为风能密度，常以W/m2表示。
三、风资源分布1.我国风资分布可划分为：风能丰富区、风能较丰富区、风能可利用区、风能贫乏区1)风能丰富区:有效风能密度＞200W/m2。
2)风能较丰富区：有效风能密度为150~200W/m2，3~20m/s风速出现的全年累计时间为4000~5000h。
3)风能可利用区：有效风能密度在50~150W/m2之间，3~20m/s风速出现时数约在2000~4000h之间。
4)风能贫乏区：该区风能密度低于50W/m2，全年时间低于2000h第二章风力机的理论基础一、贝兹理论二、翼型的几何参数三、风车理论四、叶素理论气动效率五、葛劳渥漩涡理论六、葛劳渥轴线推力和扭矩计算有限长的叶片，叶片的下游存在尾迹涡，主要有两个漩涡区：一个在轮毂附近，一个在叶尖。
漩涡诱导速度可看成以下三个漩涡系叠加的合速:①中心涡，集中在转轴上②每个叶片的边界涡③每个叶片尖部形成的螺旋涡七、风力机的相似特性相似准则：所谓模型与风力机实物相似是指风轮与空气的能量传递过程以及空气在风轮内向流动过程相似，或者说它们在任一对应点的同名物理量之比保持常数。
流过风力机的气流属于不可压缩流体，理论上应满足几何相似、运动相似和雷诺数相等。
对风力机而言，后一个条件实际做不到，故一般仅以前两个条件作为模型和风力机实物的相似准则，并计及雷诺数。
2024年大班科学《神奇的风》课件
2024年大班科学《神奇的风》课件一、教学内容本节课选自2024年大班科学教材第四章《自然现象》第三节《神奇的风》。
详细内容包括：风的成因、风的作用、风的方向、风的分类以及风能的利用。
二、教学目标1. 知识目标：让学生了解风的成因、风的作用、风的方向、风的分类以及风能的利用。
2. 技能目标：培养学生观察、思考、分析问题的能力，提高学生的动手操作能力。
3. 情感目标：激发学生对自然现象的兴趣，培养学生热爱大自然、保护环境的意识。
三、教学难点与重点教学难点：风的方向、风的分类以及风能的利用。
教学重点：风的成因、风的作用、风的方向判断。
四、教具与学具准备教具：课件、视频、风向标、风力计。
学具：彩纸、剪刀、胶水、画笔。
五、教学过程1. 实践情景引入（5分钟）（1）播放风的声音，让学生猜一猜这是什么声音。
（2）出示教具风向标，让学生观察风向标的变化，引导学生思考风的方向。
2. 新课内容展示（10分钟）（1）通过课件展示风的成因、风的作用、风的方向、风的分类。
（2）讲解风能的利用，介绍风能发电的原理。
3. 例题讲解（15分钟）（1）出示例题：如何判断风的方向？（2）引导学生通过观察风向标、感受风力等方法判断风的方向。
4. 随堂练习（10分钟）（1）发放练习题，让学生判断不同风的方向。
（2）学生互相讨论，教师巡回指导。
5. 动手操作（10分钟）（1）学生分组制作风向标，教师指导。
（2）学生展示制作成果，教师评价。
（2）提出拓展问题：风能还有哪些利用方式？六、板书设计1. 板书神奇的风2. 板书内容：（1）风的成因：空气流动形成风。
（2）风的作用：影响气候、交通、生活等。
（3）风的方向：通过风向标判断。
（4）风的分类：按方向、按强度分类。
（5）风能利用：风能发电、风能制热等。
七、作业设计1. 作业题目：（1）请用画笔和彩纸制作一个风向标。
（2）观察并记录一周内每天的风向和风力。
2. 答案：（1）风向标制作方法见附件。
第四.3章(风能)
持迎风位臵作用的尾翼，多叶
片低速风力机如图所示。这种 风力机的最大直径约为5～8m， 美国曾制造过直径达15m的低速 风车。此类风力机适用于低风 速地区，当风速为2～3m／s时 就可以转动，启动力矩相对较 高。 多叶片低速风力机
水平轴风力机的技术指标参数主要有：风轮直径： 通常风力机的功率越大，直径越大；叶片数目：高 速发电用风力机为2～4片，低速风力机大于4片；叶 片材料：现代通常采用高强度低密度的复合材料； 风能利用系数：一般为0.15～0.5之间；启动风速： 一般为3～5m／s；停机风速：通常为15～35m／s；
风速与风级
风速就是空气在单位时间内移动的距离，国际上的
单位是米/秒(m/s)或千米/小时(km/h)。由于风时有 时无、时小时大且不断变化，每一瞬时的速度都不 相同，所以通常所说的风速是指在一段时间内的平 均值，即平均风速，如日平均风速、月平均风速或
年平均风速等。风速的分布与气候、地形等因素有
关，取值方法不同也会引起风能计算的很大误差。
大型风力发电机组基本结构
1-导流罩 2-轮毂 3-叶片 4-叶尖刹车控制系统 5-集电环 6-主轴 7-收 缩盘 8-锁紧装臵 9-齿轮箱 10-刹车片 11-刹车片厚度检测器 12-万向 联轴器 13-发电机 14-安全控制箱 15-舱盖开启阀 16-刹车汽缸 17-机 舱 18-偏航电机 19-偏航齿轮 20-偏航圆盘 21-偏航锁定 22-土电缆 23-风向风速仪 24-梯子(未画出) 25-控制线(未画出) 26-平台(未画出) 27-塔筒 28-振动传感器 29-舱盖
从能量转换的角度来看，风力发电机组包括两大部
分：一部分是风力机，由它将风能转换为机械能；
另一部分是发电机，由它将机械能转换为电能。 一切在气流中能产生旋转或摆动的机械运动都是风 能转换的形式，可用于这类机械转换的系统就叫风 能转换系统，其中以旋转运动为特征的风力机得到
风能PPT精选文档
m. 稳定发展，新材料的出现，电机组产量增加
11
4.3 中国风力发电发展
4.3.2 离网用户小型风力发电
a. 行业发展历程
b. 1）第一阶段
c. 老式风车应用阶段（1949-1959）走马灯式风车在江苏和吉林等地
仍在使用。
d. 2）第二阶段
e. 现代风力机械起步阶段（1960-1977），分别研制了30-30kw的机
风能密度： W-平均风能密度，W/m2
W
Nivi3
Vi—等级风速，m/s
2N
Ni—等级风速Vi 出现的次数
N--各等级风速出现的总次数
--空气密度
风能就是气流流过的动能： A---气流通过的面积
v3 A
2
5）风能玫瑰图
图中各射线长度分别表示某一方向上风
向频率与相应风向平均风速立方值的乘
积。根据风能玫瑰图能看出哪个方向上
2）具有较稳定的盛行风向
3）季节性变化比较小
4）湍流小
5）自然灾害小
7
4.2 风力发电原理和技术
4.2.4 风能发电的技术经济性
1）微小型离网风力发电技术 100-150W, 我国内蒙安装较多，2.31元/度，电网延伸的办法8元/度，
汽油柴油发电6元/度。 2）大中型并网风力发电
0.59元/度，高于煤电成本。 4.2.5 风力发电技术的发展趋势
1）单机容量增大
2）风电机桨叶的变化 2MW风机叶轮扫风直径达到72 m，玻璃纤维增强树脂发展为碳纤维。
3）塔架高度增加
4）控制技术发展
5）海上风力发电
8
4.3 中国风力发电发展
4.3.1 中国的风能资源 影响中国风能资源的因素：
1）大气环流对中国风能的分布的影响 东南沿海及东海、南海诸岛，风能最丰富，内蒙甘肃北部次之，云南、
可再生能源导论PPT课件(共10单元)第四章-风能
风力发电
风能利用历史
➢从定转速向可变转速机组发展 采用变速恒频技术的风力发电机组允许其风轮的转速是
可变的，风轮转速可根据机组受风的风速进行调整，以最大 限度地吸收风的能量，提高了风轮（特别是在低风速区）的 转换效率。变速恒频技术采用了双馈异步感应发电机技术， 可以使发电机始终工作在最佳工作状态，机电转换效率较高。
风力发电
风力 发电
风力发电
1.风能利用历史 2.风能概论 3.风力发电机组 4.风电场 5.风电产业发展现状
2
风力发电
1.风能利用历史 2.风能概论 3.风力发电机组 4.风电场 5.风电产业发展现状
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风力发电
风能利用历史
➢风帆-推动船只航行 ➢风磨-风车研磨谷物 ➢风力泵-风车提水 ➢风力发电
极地环流
风能概论
大气大规模运动原因：
➢气压梯度力 地球公转时，由于日
地距离和方位不同，地 球上各纬度所接受的太 阳的辐射强度不同，从 而产生温差和气压差， 引起空气流动的作用力。
➢科里奥利力 地球自转时，形成的
地转偏向力，简称偏向 力或科氏。在赤道处为 零并随着纬度的增高而 增大，在极地达到最大 值。
4
风力发电
风能利用历史
➢公元前200年，波斯人利用风车研磨 谷物---垂直轴风车；
➢1105年，法国人采用水平轴风车研磨 谷物；
➢1191年，英国人采用水平轴风车研磨 谷物；
➢18世纪中期，荷兰移民把风车技术带 到美国；
➢19世纪中期，风力提水车广泛应用；
➢1850-1930年，美国安装600万台风力 泵机组；
18
风力发电
➢单机容量大型化发展趋势
140
风能利用历史
风能的原理
风能的原理
风能的产生是由于地球上空气的运动和气压的差异所引起的。
太阳照射地球的不均匀性导致地球表面的温度不均匀，进而引起大气的不稳定运动。
当温暖的空气上升时，冷空气就会填补空缺的位置，形成气流。
这种气流就是风。
风能就是从这种气流中提取能量的过程。
一种常见的利用风能的设备是风力发电机。
风力发电机由叶片、发电机和塔架三部分组成。
当风吹来时，空气会使得叶片旋转。
旋转的叶片驱动发电机运转，将机械能转化为电能。
这样就可以利用风能实现电力的产生。
风能的优点主要有两个方面。
一方面，风能是一种可再生的能源，它不会造成能源的枯竭。
另一方面，风能是一种清洁的能源，它不会产生二氧化碳等温室气体，对环境没有污染。
然而，风能也存在一些挑战和限制。
风能的可利用性受到地理位置和气候等因素的限制。
只有在风速达到一定水平时，风力发电机才能发电。
此外，风能的不稳定性也是一个问题，因为风力发电机只有在风吹时才能产生能量。
同时，风力发电机的建设和维护成本较高。
总的来说，风能是一种具有潜力的清洁能源，可以减少对传统能源的依赖，减少对环境的负面影响。
通过不断的技术改进和合理的规划，风能有望在未来成为重要的能源供应方式。
高一物理风能的利用知识点
高一物理风能的利用知识点高一物理：风能的利用在我们日常生活中，我们使用风能的场景非常广泛，比如风力发电、风筝等等。
那么，我们应该如何理解和利用风能呢？在高一物理课程中，有一些知识点，将帮助我们更好地掌握风能的利用和应用。
一、风的形成和性质风是大气中空气水平运动的表现，主要由气压差引起。
当气压不均匀分布时，从高压区向低压区流动的气体就形成风。
风的强弱取决于气压差大小和地球自转的影响。
此外，风具有方向和速度，可以用风向和风速来描述，并且在不同的地区和季节，风的特点也各异。
二、风力发电风力发电是一种利用风能的重要方式，它是一种可再生的清洁能源。
在风力发电机中，通过风的力量转动风轮，再通过变速器和发电机将机械能转化为电能。
需要注意的是，风力发电的效率受到风的强度和稳定性的影响，因此，在选择合适的风力发电站建设地点时，要充分考虑地形和气候条件等因素。
三、风筝原理风筝一直以来是孩子们喜爱的玩具，通过线牵引，让风筝在空中飞行。
这背后涉及到一些物理原理。
首先是升力的原理，风筝利用风的流动产生的气流，使得上面的气压比下面的气压低，从而产生向上的升力，支撑起风筝。
其次是风阻的作用，当风筝在空中飞行时，空气对风筝产生了阻力，使得风筝受到牵引力，能够保持在空中的平衡状态。
这些原理的理解对于掌握风筝的飞行技巧非常重要。
四、风的能量转化和应用除了风力发电之外，风能还可以转化为其他形式的能量。
例如，在一些地区，人们利用风能进行水泵的驱动，将地下水提升到地面上。
此外，风能也可以用于悬挂物体，比如风铃，当风吹过时，会产生声音。
通过这些应用，我们可以更好地利用和感受到风能的存在。
总结起来，风能作为一种常见的可再生能源，对于我们的生活和环境具有重要意义。
通过学习高一物理课程中的相关知识点，我们能够更好地理解风的形成和性质，掌握风能的利用方法，提高对风能的应用意识。
未来，随着科技的发展，我们相信风能将继续为人类的生活和社会进步作出更大的贡献。
2024年大班科学《各种各样的风》教案
2024年大班科学《各种各样的风》教案一、教学内容本节课选自2024年大班科学教材第四章《自然现象》第二节《各种各样的风》。
详细内容包括：风的定义与特性、风的种类与形成原因、风的作用与影响、风能的利用。
二、教学目标1. 了解风的定义、特性、种类与形成原因，理解风的作用与影响。
2. 培养学生观察自然现象的能力，提高科学探究能力。
3. 增强环保意识，认识到人类活动对风的影响，激发对可再生能源的兴趣。
三、教学难点与重点难点：风的形成原因、风的作用与影响。
重点：风的种类、特性及其在生活中的应用。
四、教具与学具准备1. 教具：PPT、实物模型、实验器材。
2. 学具：记录本、画笔、彩泥。
五、教学过程1. 实践情景引入通过展示风车转动、树叶飘落等现象，引导学生思考：这些都是什么现象？它们有什么共同点？2. 新课导入介绍风的定义、特性，引导学生了解风的基本概念。
3. 例题讲解讲解风的种类、形成原因，通过实例分析风的作用与影响。
4. 随堂练习5. 实验探究安排学生进行风力实验，观察不同风力的作用，进一步理解风的影响。
七、作业设计1. 作业题目（1）请列举出你所了解的风的种类，并说明它们的特点。
（2）请举例说明风在我们生活中的作用。
（3）谈谈你对风能利用的认识。
2. 答案（1）略（2）例如：风能帮助植物传播种子，促进空气流通，降低气温等。
（3）风能是一种清洁、可再生的能源，可以用于发电、风力驱动等。
八、课后反思及拓展延伸1. 课后反思本节课通过实践情景引入、例题讲解、随堂练习等方式，帮助学生掌握了风的定义、特性、种类、作用等知识。
但在实验环节，部分学生对风力实验的理解不够深入，需要在以后的教学中加强引导。
2. 拓展延伸鼓励学生在课后关注风能利用的实例，了解我国风能资源及其开发情况，提高环保意识。
同时，组织学生开展课外实践活动，如制作简易风车、风力发电机等，培养学生的动手能力和创新精神。
重点和难点解析1. 实践情景引入的理解深度；2. 例题讲解中对风的种类、形成原因的阐述；3. 实验探究中学生的参与度和理解程度；4. 作业设计中对知识点的覆盖和拓展延伸。
五年级上册科学教案-《风的作用》教科版
（1）风力与气压差的关系：理解气压差是风产生的主要原因，对学生来说是难点。需要通过实验、图示等方式，帮助学生理解这一关系。
（2）风能利用的局限性：风能并非无处不在、随时可用，其受地理环境、季节等因素影响。如何让学生理解风能利用的局限性，是教学的难点。
（3）风对气候影响的复杂性：风对气候的影响是多方面的，如风向、风速等。如何让学生理解风对气候影响的复杂性，需要运用实例、数据分析等方法。
（二）新课讲授（用时10分钟）
1.理论介绍：首先，我们要了解风的作用的基本概念。风是由于气压差引起的大气运动，它在自然界和人类生活中具有重要作用。风能传播种子、调节气温、影响气候变化等。
2.案例分析：接下来，我们来看一个具体的案例。以沙丘形成为例，讲解风如何搬运沙粒、堆积形成沙丘的过程，以及这一过程对环境的影响。
五年级上册科学教案-《风的作用》教科版
一、教学内容
《风的作用》为教科版五年级上册科学教材第四章《地球上的变化》的第三节。本节课主要包括以下内容：1.风的形成与特点；2.风对环境的改变，如沙丘的形成、植物种子的传播等；3.风能的利用，如风力发电；4.风对气候的影响。通过本节课的学习，使学生了解风的作用及其对自然环境和人类生活的影响，培养他们的环保意识和科学探究能力。
二、核心素养目标
《风的作用》一课的核心素养目标旨在培养学生以下能力：1.探究实践：通过观察风的作用现象，动手进行简单的实验，分析风的形成及其对环境的影响，提升科学探究能力；2.思维能力：运用所学生态、地理知识，理解风能资源的特点及其合理利用，培养逻辑思维和批判性思维能力；3.环境意识：认识风对自然环境的重要性，了解人类活动对风环境的影响，提高环保意识和可持续发展观念；4.科学态度：培养学生对自然现象的好奇心、敬畏心，激发他们热爱科学、追求真理的精神。
清洁能源概论风能
清洁能源概论风能风能是一种清洁、可再生的能源，它可以通过利用风的运动来产生电力。
风能已经被广泛应用于风力发电，成为全球主要的清洁能源之一、本文将对风能进行概述，包括其原理、应用、优势和挑战。
风能产生的原理很简单，就是利用风的动力转换为机械能，进而通过发电机转换为电能。
通常，风力发电利用大型的风力涡轮机，也称为风力发电机。
风力涡轮机由风轮、轴和传动装置组成。
风轮将风的动力传递到轴上，轴通过传动装置将旋转转矩传递给发电机，从而产生电能。
风能的应用非常广泛，主要体现在风力发电上。
风力发电已经成为全球主要的清洁能源形式之一、根据国际能源署的报告，2024年全球风力发电装机容量达到743吉瓦，生成了1400万吉瓦时的电力。
风力发电已经成为许多国家能源供应的重要组成部分，特别是在北欧国家和中国等地区。
此外，风能还可以用于机械动力，例如风车和风车水泵。
风能的优势主要体现在以下几个方面。
首先，风能是一种清洁的能源，不会产生温室气体排放和空气污染物。
相比于化石燃料发电，风力发电可以显著减少二氧化碳排放。
其次，风能是可再生的能源，风永远不会枯竭。
在全球不同地区，都有不同程度的风能资源可供利用。
此外，风能的发电成本也相对较低，尤其是与传统能源相比。
随着技术的进步和规模的扩大，风力发电的经济性不断提高。
最后，风能的设施占地面积相对较小，适合在广大地区开发，对土地使用的限制较少。
然而，风能也面临一些挑战。
首先，风能是不稳定的能源，取决于风速的变化。
这意味着风力发电的输出存在波动性，无法满足持续稳定的电力需求。
其次，风能发电设施需要大面积的土地和海域空间。
这对于一些地区来说可能是有限的资源。
此外，风力发电设备也会对鸟类和蝙蝠等野生动物造成一定的影响。
最后，风能的发展还受到风力涡轮机的技术限制。
目前，风力涡轮机的噪音和振动问题尚未得到完全解决。
为了解决这些挑战，需要进一步的研究和技术创新。
例如，可以通过改进风力涡轮机设计，提高其效率和稳定性。
清洁能源概论风能
风力发电场建设
风力发电场建设需要考虑地理位置、风能资源、土地使用 、环境保护等因素。
建设过程包括项目规划、风能资源评估、设备选型和采购 、施工建设、设备安装与调试等多个环节，涉及大量资金 和技术支持。
风力发电并网技术
1
风力发电并网技术是指将风力发电产生的电能 通过电力网络接入到主电网中。
2
并网技术需要考虑电力系统的稳定性、安全性 和经济性，以及风电的不稳定性、间歇性和波 动性等问题。
05
风能发电的发展前景
国内外风能发电发展现状
全球风能发电装机容量增长迅速，2021年达到 5.5亿千瓦。
中国风电装机容量排名全球第一，累计装机容量 2.8亿千瓦。
美国、欧洲和印度等国家和地区也在积极发展风 电产业。
风能发电技术的发展趋势
大规模风电场开发
01
未来将建设更多大型风电场，提高风电发电效率和降低成本。
全球海上风能资源分布
海上风能资源主要分布在英国、丹麦、荷兰和德国等沿海国家，同时中国和 印度也在积极开发海上风能资源。
中国风能资源状况
中国陆地风能资源分布
中国陆地风能资源主要分布在内蒙古、*、甘肃、青海等省份的戈壁和高原地区， 以及东部沿海地区。
中国海上风能资源分布
中国海上风能资源主要分布在渤海、黄海、东海和南海等海域，其中渤海和东海 的风能资源最为丰富。
高电压、高可靠性、低损耗技术
02
采用高电压、高可靠性、低损耗的风力发电机组和输电系统，
提高风电发电效率和可靠性。
混合能源发电技术
03
结合风能和太阳能等可再生能源，实现混合能源发电，提高能
源利用效率。
风能发电的未来展望
到2030年，全球风能装机容量预计将达到10亿千瓦。
风能的应用和原理
风能的应用和原理1. 风能的概述•风是地球大气层中空气运动的一种形式。
•风能是指将风的运动转化为有用能量的过程。
2. 风能的来源•风能主要来自太阳能。
•太阳能辐射使得地球表面产生温差，形成气压差，产生风。
3. 风能的捕捉与利用•风能可以通过风力发电来捕捉和利用。
•风力发电是将风能转换为电能的过程。
4. 风力发电的基本原理•风力发电利用风车或风轮转动，将风能转化为机械能，再经由发电机转换为电能。
•风力发电的原理类似于水力发电，都是利用流体运动转化能量的过程。
5. 风力发电的组成部分•风力发电系统主要由风机、塔架、发电机和电网组成。
•风机是利用风能转动的装置，通常由叶片、轴和齿轮等组成。
•塔架用于支撑风机，并使风机能够在高空处捕捉更多的风能。
•发电机将机械能转换为电能，常见的有同步发电机和异步发电机。
6. 风力发电的优势和应用•风力发电具有环保、可再生和可持续等优势。
•风力发电广泛应用于电力产业，成为一种重要的清洁能源。
7. 风力发电的挑战和局限性•风力发电受到地理条件、天气条件和设备成本等因素的限制。
•风力发电设备的建设和运维成本较高。
8. 风力发电的发展趋势•随着技术进步和政策支持，风力发电将继续增长。
•越来越多的国家将风能作为重要的能源发展方向。
9. 风力发电与可再生能源的关系•风力发电属于可再生能源的一种。
•可再生能源包括太阳能、风能、水能等，具有无限的再生能力。
10. 结语风能作为一种重要的清洁能源，具有广泛的应用前景。
随着技术的不断发展和政策的支持，风力发电将成为能源领域的重要组成部分。
我们应当继续研究和推广风力发电技术，以更好地利用风能资源，实现可持续发展的目标。
风能
因为风涡轮提取能量，空气减速，导致它对传播并且在风涡轮附近在某种程度上牵制它。德国物理学家，阿 尔伯特Betz， 1919年确定风涡轮可能提取至多将否则流经涡轮的横断面的59%能量。
来源
风能风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同， 产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。风能就是空气的动能，风能的大小决定于风速和空气的密度。全球 的风能约为2.74X109MW，其中可利用的风能为2X107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。空气流动 所形成的动能及为风能。风能是太阳能的一种转化形式。太阳的辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力 分布不均，空气沿水平方向运动形风。风的形成乃是空气流动的结果。
能量分级
风之强弱程度，通常用风力等级来表示，而风力的等级，可由地面或海面物体被风吹动之情形加以估计之。 目前国际通用之风力估计，系以蒲福风级为标准。蒲福氏为英国海军上将，于 1805年首创风力分级标准。先仅 用于海上，后亦用于陆上，并屡经修订，乃成今日通用之风级。实际风速与蒲福风级之经验关系式为：
西班牙
位于西班牙东北方Aragon的La Muela，总面积为143.5平方公里。1980年起，新任市长看好充沛的东北风 资源而极力推动风力发电。近20年来，已陆续建造450座风机（额定容量为237MW），为地方带来丰富的利益。当 地政府并借此规划完善的市镇福利，吸引了许多人移居至此，短短5年内，居民已由4,000人增加到12,000人。La Muela已由不知名的荒野小镇变成众所皆知的观光休闲好去处。
风能工作原理
风能工作原理风能是一种可再生的能源，被广泛用于发电和动力系统。
风能的利用原理主要基于风的动力，通过风力涡轮机将风能转化为机械或电能。
本文将探讨风能的工作原理以及其在不同领域的应用。
一、风能的产生和传输风是由于地球表面的温度差异和大气压力差异引起的，当温度和压力不均匀时，空气就会形成气流，并通过地球自转产生风。
风是一种高速的气流，可以在大气中传输能量。
二、风力发电风力发电是利用风能产生电能的一种方式。
风力涡轮机（也称为风力发电机）是最常见的风力发电设备。
涡轮机的核心部分是涡轮叶片，当风吹过叶片时，叶片会受到推力并开始旋转。
旋转的叶片将机械能转化为转轴上的动能。
这个转轴连接到发电机，通过发电机将机械能转化为电能。
三、风能转换效率风能转换效率是指风能转化为机械或电能的比例。
影响风能转换效率的因素有风速、涡轮机的设计和质量等。
一般而言，风速越高，风能转换效率越高。
涡轮机的设计和质量也会直接影响转换效率。
目前，涡轮机的设计已经相当成熟，可以最大程度地提高转换效率。
四、风能的应用领域1. 风力发电：风能最常见的应用是用于发电。
风力发电已经成为一种重要的清洁能源，可以替代传统的化石燃料发电，减少环境污染和温室气体排放。
2. 交通运输：风能在交通运输领域也有应用。
例如，帆船利用风的推动力进行航行，这样既减少了能源消耗，也减少了对环境的污染。
3. 地热风能利用：在地热领域，风能可以利用地热能发电过程中产生的废热。
这种方式可以提高地热发电的效率，并减少能源的浪费。
4. 空调和供暖系统：风能可以通过风扇和风道被应用于空调和供暖系统中，提供舒适的室内环境。
五、风能的优势和挑战风能作为一种可再生能源，具有以下优势：1. 环保：风能发电不产生二氧化碳等温室气体，对环境污染较小。
2. 可再生：风能是地球上不可枯竭的资源，可以持续利用。
3. 分布广泛：风能资源遍布世界各地，特别是海洋和平原地区。
4. 经济性：随着技术进步和规模化生产的推进，风能发电成本逐渐降低。
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对应的Cy与Cx值也符合同样的规律。
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4.2.2
风力机工作原理
b.攻角的影响 气流方向与叶片横截面的弦(L)的夹角α 称为攻角， 攻角有正有负。Cy与Cx值随α 的变化而变化。
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4.2.2 风力机工作原理
c.雷诺数的影响
式中：V—吹向叶片的空气流速； l—翼型弦长； γ —空气的运动黏性系数，γ ＝μ /ρ ，μ 为空气的 动力黏性系数，ρ 为空气密度。 Re值越大，黏性作用越小，Cy值增加，Cx值减少， 升阻比k值变大。
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4.2.2 风力机工作原理
翼型绕流的力学分析
叶片受到的气流作用力F可 分解为与气流方向平行的力Fx和 与气流方向垂直的力Fy，分别称 为阻力和升力。
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4.2.2 风力机工作原理
式中：Cr为叶片总的空气动力系数；
Ｖ为吹向物体的风速；
ρ 为空气密度； Ａ为叶片在垂直于气流方向平面上的最大投 影面积。
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4.1.3 风能资源概况
全球风能资源：
a. 资源丰富 b. 分布广泛
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4.1.3 风能资源概况
我国风能资源概况 我国风能资源非常丰富，仅次于俄罗斯和美国，居世界 第三位。
根据国家气象局气象研究所估算，从理论上讲，我国地
面风能可开发总量达32.26亿千瓦，高度10米内实际可 开发量为2.53亿千瓦。
7.如何实现我国风能产业又好又快发展？
新能源概论
新能源概论
4.5.1 风能利用现状
全球风电市场增长率（2006~2011年）
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4.5.1 风能利用现状
b. 我国风电现状 中国风力发电的发展历史较短，大型风力发电机组的 研制从20世纪80年代开始。2011年，全国风电上网电量达 715亿kWh，占全国发电量的1.5%。风电所产生的环境效益 显现： 标煤 SO2 CO2
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4.2.2 风力机工作原理
风力机最终所发出的有效功率为
对于结构简单、设计和制造比较粗糙的风力机，η 值 一般为0.1 -0.2；对于结构合理、设计和制造比较精细的 风力机，η 值一般为0.2-0.35，最佳者可达0.40-0.45。
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第三节 风力发电技术
4.3.1 风力发电技术简介 风力发电是在风力提水机的基础上发展起来的。丹麦 是世界上最大的风力发电机组生产国，产量占世界60%以。
于是
Cp值为0.2-0.5。可以证明，Cp的理论最大值为0.593。
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4.2.2 风力机工作原理
吹向风轮的风具有的功率为N0，风轮功率为
此功率经传动装置、做功装置(如发电机、水泵等)， 最终得到的有效功率为Ne。则风力机的系统效率(总体效 率)η 为
式中：η 1为传动装置效率；η 2为做功装置效率。
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4.5.1 风能利用现状
我国风电市场增长率（2006~2011年）
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4.5.1 风能利用现状
区域特征 截止到2011年12月31日，全国(不含港、澳、台)有30个省 (市、自治区)有了自己的风电场，风电累计装机超过1GW的省 份超过10个，其中超过2GW的省份9个。内蒙古自治区，其2011 年当年新增装机3736MW、累计装机17.59GW，分别占全国市场 的28%和21%。
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4.3.5 涡轮风力发电技术
新型风力发电用涡轮机。这种涡轮机用一个罩子罩着 涡轮机叶片，以产生低压区，使它能够以相当于正常速度3 倍的速度吸入流过叶片的气流。风洞测试结果表明，有罩 的涡轮机比无罩的涡轮机输出功率大6倍以上。
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第四节 风能存储技术
4.4.1 电池储能 原理：风能转化的电能采用电池来存储. 优点：简便易操作。
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4.4.3 飞轮蓄能
在风力机与发电机之间安装一个飞轮，利用飞轮旋转时
的惯性储能。风速高时，风能以动能的形式储存于飞轮中； 风速低时，储存在飞轮中的动能带动发电机发电。
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4.4.3 飞轮蓄能
以角速度ω 绕轴线z转动的飞轮所具有的动能为
式中；Jz—飞轮对轴线z的转动惯量，kg/m2； ri—分布质量距飞轮轴线的距离。 用较大质量分布在距飞轮轴线的远端；采用高强度的碳 纤维材料，在保证强度、刚度的前提下提高飞轮转速；都可 以提高飞轮存储风能的容量。
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4.3.3 高空风力发电
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4.3.4 低风速风力发电技术
低风速指的是在海拔10m的高度上年平均风速不超过 5.8m/s，相当于4级的风。要在此条件下使发电成本合乎要 求，必须对风机进行必要的改进，主要措施包括： ① 在不增加成本的前提下，尽量增大转子直径，以获取尽 可能多的能量； ② 尽量增加塔架高度，好处是可以提高风速； ③ 提高发电设备及动力装置的效率。
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4.2.2 风力机工作原理
式中：Cy为升力系数；Cx为阻力系数。 对于同一种翼型 (截面形状)，其升力系数和阻力 系数的比值，被称为升阻比(k)：
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4.2.2 风力机工作原理
影响升力系数和阻力系数的因素
a.翼型的影响:阻力:平板型>弧板型>流线型；
升力:流线型>弧板型>平板型。
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4.2.1 风力机简介
调向器:调向器的作用是尽量使风力发电机的风轮随时都 迎着风向，最大限度地获得风能，一般采用尾翼控制风轮的 迎风朝向。包括尾舵、侧风轮、风向跟中系统三种。
限速安全装置:限速安全装置能保证风轮的转速在一定的 风速范围内运行。使风轮偏离主风向、利用气动阻力和改变 叶片的桨距角。
c. 变速运行方式
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4.2.2 风力机工作原理
风力机的工作性能 当流速为V的风吹向风轮，使风轮转动，该风轮扫掠的 面积为A，空气密度为ρ ，经过1s，流向风轮空气所具有的 动能为
若风轮的直径为D，则
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4.2.2 风力机工作原理
风能不可能全被风轮捕获而转换成机械能，设由风轮轴 输出的功率为N(风轮功率)，它与N0之比，称为风轮功率系 数，用Cp表示。即
独立的风电系统: 风力发电机、逆变器和蓄电池
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4.3.2 海上风力发电
优点：风更强更持续、空间广阔 缺点：技术难度大 悬浮式风力发电机：海风(Hywind)
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4.3.3 高空风力发电
高空风能比低空风能要丰富且稳定。科学家根据相关 的研究数据估计，如果在距地面大约500~12000m的高空中 的风能能够全部转变为电能，可以满足全世界百倍的电力 需求。 在空中建造发电站，在高空发电，然后通过电缆输送到 地面； 2. 在高空建设传动设备，将风能转化为机械能后直接输送 到地面，再由发电机将其转换为电。
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4.2.2 风力机工作原理
d.叶片表面粗糙度的影响 叶片表面不可能做得绝对光滑，把凹凸不平的波峰 与波谷之问高度的平均值称为粗糙度，粗糙度增大，Cx
值变高，增加了阻力；而对Cy值影响不大。
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4.2.2 风力机工作原理
实际叶片的受力分析
a. 安装角随着半径的增大而逐渐减小 b.调节整个叶片的安装角
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4.1.3 风能资源概况
中国全年3-20m/s风速小时数分布图
我国风能资源 丰富的地区主 要集中在北部、 西北、东北草 原和戈壁滩， 以及东南沿海 地区和一些岛 屿上 四川盆地地区 分布极少
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第二节 风能利用原理
力发电机机：将风能转化为机械能进而转化为电能 的机械装置。包括水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。
第四章 风
能
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第四章
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 概述 风能利用原理 风力发电技术 风能存储技术
风
能
风能利用现状和发展趋势
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第一节
第一节
概述
概述
风:相对于地表面的空气运动，风通常指它的水平分量。
风能:空气相对于地面做水平运动时所产生的动能，本质
上也是太阳能的一种转化形式。
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4.1.2 风能的基本特征
风级歌
地面无风烟直上；一级轻烟随风偏； 二级清风叶正响；三级枝摇红旗扬； 四级灰尘地上舞；五级水面起波浪； 六级强风举伞难；七级树摇步行艰； 八级风吹树枝断；九级屋顶飞瓦片； 十级狂风能拔树；十一十二陆上稀。
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4.1.2 风能的基本特征
平均风能密度：
式中 :W -平均风能密度，W/m2； Vi-各等级风速，m/s； Ni-各等级风速Vi出现的次数； N -各等级风速出现的总次数； P -空气密度，kg/m3。
能源类别
太阳能 晴天 平均 1.0 昼夜 平均 0.16
能量密度 （kw/m2）
0.02
20
30
100
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4.1.2 风能的基本特征
风速：风的大小常用风的速度来衡量，风速是指单位时间 内空气在水平方向上所移动的距离。 风级：风级是根据风对地面或海面物体影响而引起的各种 现象，按照风力的强度等级来估计风力的大小。 风能密度：风能密度是指单位时间内通过单位横截面积的 风所含的能量，常以W/m2来表示。
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4.5.2 主要国家的支持政策和措施
德国—实行固定上网电价，全球风电的领先者 美国—激励补贴计划和财税优惠并举，可再生能源配额 制作用显著 丹麦—稳定持续的政策导向、强大的产业链支撑。
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4.5.3 风力发电的发展趋势
(1)机组容量快速稳步上升 (2)变桨距调节方式将逐渐成为主流 (3)恒速运行方式走向变速运行方式
(4)直驱式无齿轮箱系统的市场份额迅速扩大
(5)风力发电成本将大幅降低 (6)海上风电场飞速发展