风力机风轮设计中风速的处理
风力发电机组设计方案
风力发电机组设计方案近年来，随着气候变化问题的日益严重和能源需求的增长，可再生能源逐渐受到人们的关注和重视。
作为一种清洁、可持续的能源形式，风能被广泛应用于电力生成领域。
本文将提出一种风力发电机组设计方案，以满足不同环境和能源需求的要求。
一、设计目标风力发电机组设计的目标是提高能量利用效率、降低成本、提高可靠性和可维护性。
通过优化设计方案，确保发电机组在不同风速条件下都能稳定运行，并尽可能减少对环境的影响。
二、设计要素1. 风轮设计风轮是风力发电机组的核心部件，其设计关乎能量转换的效率。
为了提高风轮的效率，可以采用复合材料制造，并根据实际风速情况选择合适的风轮直径和叶片数目。
同时，考虑到强风等恶劣气象条件下的运行稳定性，应加强风轮的结构强度和抗风能力。
2. 发电机选择发电机是将风能转化为电能的关键设备。
根据预期的发电功率和输出电压要求，选择适当的发电机类型。
常见的风力发电机组发电机类型有永磁发电机和感应式发电机，可以根据具体需求作出选择，并确保其效率高、体积小、重量轻。
3. 控制系统设计风力发电机组的控制系统对风轮转速和发电功率进行实时监测和调节。
通过合理设计控制算法，可以使发电机组在变化的风速条件下实现最佳运行状态，提高发电效率。
同时，设计控制系统要考虑到故障检测和保护功能，确保发电机组的安全运行。
4. 塔架与基础设计风力发电机组需要稳定地安装在塔架上，因此塔架设计要考虑结构强度和稳定性。
根据实际场地条件，选择适当的塔架高度和材料，以确保风力发电机组在强风等恶劣气象条件下仍能稳定运行。
同时，基础设计要进行地质勘察和承载力计算，确保塔架稳固地安装在地面或水下。
三、设计流程1. 需求分析在设计风力发电机组之前，需要了解用户的能源需求和环境条件。
根据需求分析，确定设计的发电容量和使用场所，以便选择合适的设备和参数。
2. 设计方案制定根据需求分析结果，制定合理的设计方案。
包括风轮设计、发电机选择、控制系统设计和塔架基础设计等。
各种风力发电机组主要全参数
各种风力发电机组主要全参数风力发电机组是一种利用风能进行发电的装置，其主要由风轮、发电机和控制系统等组成。
风力发电机组的设计和参数主要包括风轮直径、额定功率、输出电压、转速范围、切入风速和切出风速等。
1.风轮直径：风轮直径是风力发电机组的关键参数之一，它决定了风轮受到的风能捕捉面积。
一般来说，风轮直径越大，所能捕捉的风能就越多。
2.额定功率：额定功率是指在额定工作条件下，风力发电机组能够输出的电功率。
一般来说，额定功率越高，风力发电机组的发电能力就越强。
3.输出电压：输出电压是指风力发电机组输出的电的电压值。
一般来说，输出电压为交流电，其常见的标准电压有220V、380V等。
4.转速范围：转速范围是指风力发电机组可以正常运行的转速范围。
风力发电机组一般会有最小转速和最大转速限制，以确保发电机组的正常运行。
5.切入风速：切入风速是指风力发电机组开始产生电能的最低风速。
当风速超过切入风速时，发电机组会开始转动并输出电能。
6.切出风速：切出风速是指风力发电机组停止发电的最低风速。
当风速低于切出风速时，发电机组会停止转动，以保护发电机组的安全运行。
此外，还有一些其他的参数也是关于风力发电机组的重要参数，比如：7.转子类型：转子类型主要包括水平轴和垂直轴两种类型。
水平轴风力发电机组是目前应用最广泛的一种，而垂直轴风力发电机组在一些特殊场景中也有应用。
8.材料和设计标准：风力发电机组的材料和设计标准是保证风力发电机组性能和安全运行的关键因素，常见的材料有碳钢、铝合金等，而设计标准一般参考国际认可的标准。
9.运行温度范围：运行温度范围是指风力发电机组能够正常运行的温度范围，通常是-20°C到50°C之间。
10.噪音水平：噪音水平是指风力发电机组在正常运行时产生的噪音大小，一般需要满足国家相关标准，以保护周围环境和居民的权益。
以上所述参数是风力发电机组的主要全参数，不同型号和厂商的风力发电机组具体参数可能会有所不同。
IEC61400-1风力发电机设计要求(中文版)
风力机第一部分：设计要求1 范围为保证风力机的工程完整性，IEC61400 的这个部分详细说明了基本设计要求。
其目的是制定一个恰当的保护等级，以防止机组在计划寿命期内受到损坏。
本标准设计涉及到风力机的各子系统，如控制和保护机构，内部电气系统，机械系统及支撑结构。
本标准适用于各种大小的风力机。
对于小型风力机IEC61400-2 可能适用。
本标准应与第二部分提到的IEC 和ISO 标准结合使用。
2 引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而成为本标准的条文。
凡是注日期的引用文件，只有被引用的版本适合本标准。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括任何的修订）适用于本标准。
IEC 60204-1:1997, Safety of machinery –Electrical equipment of machines –Part 1: General requirementsIEC 60204-11:2000, Safety of machinery – Electrical equipment of machines –Part 11:Requirements for HV equipment for voltages above 1 000 V a.c. or 1 500 Vd.c. and notexceeding 36 kVIEC 60364 (all parts), Electrical installations of buildingsIEC 60721-2-1:1982, Classification of environmental conditions –Part 2:Environmental conditions appearing in nature. Temperature and humidityIEC 61000-6-1:1997, Electromagnetic compatibility (EMC) –Part 6: Genericstandards –Section 1: Immunity for residential, commercial and light-industrialenvironmentsIEC 61000-6-2:1999, Electromagnetic compatibility (EMC) –Part 6: Genericstandards –Section 2: Immunity for industrial environments 15IEC 61000-6-4:1997, Electromagnetic compatibility (EMC) –Part 6: Genericstandards –Section 4: Emission standard for industrial environmentsIEC 61024-1:1990, Protection of structures against lightning –Part 1: GeneralprinciplesIEC 61312-1:1995, Protection against lightning electromagnetic impulse – Part 1:General principleIEC 61400-21:2001, Wind turbine generator systems –Part 21: Measurementand assessment of power quality characteristics of grid connected wind turbinesIEC 61400-24: 2002, Wind turbine generator systems –Part 24: Lightningp rotectionISO 76:1987, Rolling bearings – Static load ratingsISO 281:1990, Rolling bearings – Dynamic load ratings and rating lifeISO 2394:1998, General principles on reliability for structuresISO 2533:1975, Standard AtmosphereISO 4354:1997, Wind actions on structuresISO 6336 (all parts), Calculation of load capacity of spur and helical gearsISO 9001:2000, Quality management systems – Requirements3 术语和定义本标准采用下列定义。
风力发电机组设计与制造过程中的关键性能指标分析与优化
风力发电机组设计与制造过程中的关键性能指标分析与优化一、引言风力发电作为可再生能源的一种，具有环境友好、永续可持续的特点，逐渐成为能源行业的重要组成部分。
风力发电机组设计与制造过程中，关键性能指标的分析与优化对于提高风电场发电效率、降低故障率具有重要意义。
本文将对风力发电机组设计与制造过程中的关键性能指标进行详细分析，并提出优化措施。
二、关键性能指标分析1. 动力转换效率动力转换效率是指风力发电机组将风能转化为电能的能力。
影响动力转换效率的主要因素包括风轮设计、叶片形状、风速变化等。
针对风轮设计，优化轮盘形状，减小阻力和风力损失，提高动力转换效率；对于叶片形状，可利用倾角变化等方式，使得叶片在不同风速下都具有较高的动力转换效率。
2. 频率响应特性风力发电机组的频率响应特性是指其在受到干扰时的响应速度和稳定性。
提高风力发电机组的频率响应特性可以使其更好地适应风速的变化和外界干扰。
为了优化频率响应特性，设计师可以采用多种控制方法，如模糊控制、PID控制等，使得风力发电机组能够更快速地调整发电功率。
3. 额定功率及风速特性额定功率是指风力发电机组在额定工况下能够输出的最大功率。
风速特性是指在不同风速下发电机组输出功率的变化情况。
为了提高额定功率和优化风速特性，可以从设计风轮尺寸、叶片数目、发电机额定功率等方面入手。
合理选择风轮尺寸和叶片数目可以使得风力发电机组在不同风速下都能够达到最佳发电效果。
4. 可靠性与可维护性风力发电机组的可靠性是指其在长时间运行过程中的稳定性和故障率。
可维护性是指发电机组在故障发生后可以方便快速地进行维修和保养。
为了提高风力发电机组的可靠性和可维护性，可以采用高品质的零部件、合理的维护计划和可靠的监测系统。
定期进行设备检查和维护，并及时处理问题，可以有效降低故障率。
三、关键性能指标的优化方法1. 优化风轮设计通过减小轮盘形状的阻力和风力损失，可以提高风力发电机组的动力转换效率。
风轮总体参数设计
风轮总体参数设计1、风轮叶片数B一般风轮叶片数取决于风轮的尖速比λ0，根据风轮叶片数和尖速比的关系表确定风轮叶片数量目前用于风力发电的风力机一般属于高速风力机，一般取叶片数2—3，用于风力提水的风力机一般属于低速风力机，叶片数较多。
叶片数多的风力机在低尖速比运行时有较高的风能利用系数，即有较大的转矩，而且起动风速亦低，因此适用于提水，而叶片数少的风力机在高尖速比运行时有较高的风能利用系数，且起动风速较高，因此适用于发电。
由于三叶片的风力发电机的运行和输出功率较平稳，目前小型风力发电机采用三叶片的较多，对大于中型风力发电机由于考虑成本因素，有人用二叶片，但仍以三叶片为主。
2、 风轮直径D风轮直径可用下列公式进行估算32321121121/2*/4**0.49p p P C V D V D C ρπηηηη== 式中：P ———风力机输出功率(W);ρ———空气密度，一般取1.25kg/m ²;V 1 ———设计风速(风轮中心高度)m/s;D ———风轮直径（m ）;η1———发电机效率；η2———传动效率；C———风能利用系数。
高速风力机一般取0.4以上，低速风p力机一般取0.3左右。
3、设计风速V1风轮设计风速(又称额定风速)是一个非常重要的参数,直接影响到风力机的尺寸和成本。
设计风速取决于使用风力机地区的风能资源分布。
风能资源既要考虑到平均风速的大小，又要考虑风速的频度。
知道了平均风速和风速的频度，就可以按一定的原则来确定风速V1的大小，如可以按全年获得最大能量为原则来确定设计风速。
4、尖速比0风轮的尖速比是风轮的叶尖速度和设计风速之比，尖速比是风力机的一个重要设计参数，通常在风力机总体设计时提出。
首先，尖速比与风轮效率是密切相关的，只要机器没有过速，那么运转于较高尖速比状态下的机器，就具有较高的风轮效率。
对于特定的风轮，其尖速比不是随意而定的，它是根据风力机的类型、叶片的尺寸和电机传动系统的参数来确定的。
风力机风轮设计中计算风速影响的两种新形式
下两半风轮 扫掠 面积 上 的风 功率 不 同 ， 文献 ［］ 出 ２给 了计 算方法 ， 到 了作用于整 个风轮 扫掠面积 上 的风 得
功率， 但计算过程颇为繁琐。如何确定一个单值的设
计风速或是 否有 必要 将这 一 风速 梯度 直接 考虑 在 风 轮气动计算 中（ 那将导致计算 的复杂 性大 大增加 ）就 ， 是风轮气 动计面时 ， 由于 地 面上各 种 粗糙 元 的作 用 ， 会对风 的运动产 生摩擦 阻力 ， 风 的能 量减 少并导 致 使 风速减 少 。减少 的程度 随离地 面高 度增加 而降低 ， 即 平均风 速随高 度 的增加 而增 加 ， 一般 在离 地 面 ３０ ０～ ５０ ０ｍ后 风速才会 趋 于常数 …。而 目前兆 瓦级 的风 力 机（ 主要是水平 轴 风 力机 ） 的全 部 尺 寸都在 这 一 范 围 内， 以在进行 风 力机 风 轮 的外形 气 动优 化设 计 时 ， 所 就要 考虑这 种非 均 匀风 速 的影 响 。由于气 流 流 过上
ｓ ｉ ｆｑ ａ ｔｔｔ ｅａ ａｙ ｉ ｏ ｆｒ ａ ａ ｉｇｗｉｄ ｓ ｅ ｄ ａ ｅ ｒｔｒｃ ｎ ｒ ｅ ｕ ｉ ｒ ｄ ｉ ｎ ｐ ｅ ｕ ｔ ｏ ｕ ｎ ａ ｉ ｎ ｌ ｓｓｃ ｎ ｍｓｔ ｔｔｋｎ ｎ ｐ ｅ ｔｔ ｏｏ ｔｅ ａ ｔ ｎｆ ｍ ｅ ｇ ｗｉｄ ｓ ｅ ｄ ｓ ｉ ｖ ｉ ｈ ｈ ｅ ｓ ｈ ｏ ｓｎ
ｉ ，ｔ ｒａ ｘｅ ｔ ｒ ａ ｏ ａ ｌ ，ａ ｄ ｔ ｅｕ ｕ ｌ ｒ ｗ ｎ ｅ ｔ ｎ ｐ ａ ｅｈ ｓ ｎ ａ ｌ ｏ ａ ｅ ｔ ｎ ｔ ｅａ ｒｄ ｎ ｍｉｓ ｓ ｏａ ｇｅ ｔ ｔｎ ， ｅ ｓ ｎ ｂ ｅ ｎ ｎ ｎｆ ｍ ｉｄ ｓ ｃ ｏ ｌｎ ａ ｅ ｒ ｎ ｆ ｃ ｅｏ ｙ ａ ｃ ｅ ｈ ｏ ｉ ｙ ｏ ｈ
风力发电机组额定风速的选择研究
风力发电机组额定风速的选择研究潘慧慧;李永光【摘要】充分考虑了额定风速对额定功率、年发电量、风轮直径,以及机组成本的影响,建立了相应的数学模型,为风力发电机组额定风速的选择提供了理论依据,并通过某工程实例进行了计算分析.结果表明:按照本方法得出的最佳额定风速为11m/s,与传统的额定风速确定方法得出的12 m/s相比,尽管叶片成本提高了36.93万元,但是年发电量增加了707MW,大大增加了经济效益.【期刊名称】《上海电力学院学报》【年(卷),期】2013(029)002【总页数】4页(P107-110)【关键词】风力发电机;额定风速;威布尔分布【作者】潘慧慧;李永光【作者单位】上海电力学院能源与机械工程学院,上海200090【正文语种】中文【中图分类】TM614近年来，风能作为一种清洁、无污染的可再生能源，其技术的研发和应用发展迅速.在风电场建设中，风机选型过程是关乎投资和效益的重要步骤，而选择风力发电机组的参数尤为关键.其中，额定风速的选取对于风力机组的设计和风力发电机组的成本有非常重要的作用.风力发电机组的额定风速是计算风力发电机组额定功率的依据，它决定了风轮直径等主要部件的几何结构尺寸，并将影响风机的制造成本和风力发电机组的整体性能.若该数值过大，机组将很少达到额定功率，降低了发电机的效率，提高了能量成本;若数值过小，将增大风轮直径，使得风轮及其辅助成本偏高.从额定功率来考虑，一般变桨距风力发电机组的额定风速与年平均风速之比约为1.7;而定桨距风力发电机组达到相同额定功率的风速要高一些，其额定风速与年平均风速之比为2.0 以上［1］.林俊烈［2］以风力发电机组获得的年总发电量的最大值为目标，得出了额定风速与年平均风速具有非线性关系的结论.张海平［3］根据风速的Weibull分布，推导出了额定风速与Weibull双参数c和K的关系式.以上研究仅是以风资源状况为基础，没有考虑到额定风速对风轮直径和风机成本的影响.本文以充分利用风资源为原则，研究了额定风速对额定功率、年发电量、叶片几何尺寸，以及机组成本的影响情况，为风力发电机组额定风速的选择提供了科学依据.1 风速的分布规律描述风速的数值分布模型主要有双参数威布尔分布、三参数威布尔分布、瑞利分布等.其中，双参数威布尔曲线最符合风速统计分布规律［4］.它属于单峰的正偏态分布函数，其概率密度函数为:式中:k——形状参数;c——尺度参数，m/s.在实际应用中，一般依据风速统计数据来确定威布尔参数值，进而求取平均值风速及其标准方差σ，表达式为:依据威布尔分布的均值和方差近似关系式，可以得出:式中:2 额定风速的相关因素目前，普遍采用的确定额定风速的方法可以表示为［3］:2.1 额定风速和额定功率的关系风力发电机组的额定功率为［5］:式中:ρ——空气密度;A——风轮横扫面积;Cp——风能利用系数.由式(7)可知，额定功率与额定风速的3次方成正比，另外还与当地的空气密度、扫风面积、风能利用系数有关.2.2 额定风速和风轮直径的关系若已知一台效率为η，风轮直径为d的风机，其额定功率为:风轮直径与额定风速的关系为:由式(9)可知，适当提高额定风速，可以减小风轮直径.但随着风轮直径的增大，轮毂重量也会增加，其安装难度和费用也会增加.2.3 额定风速和理论年发电量的关系若已知当地风速的威布尔分布函数，全年有效风速小时数为T，单台风力发电机组全年的理论发电量为:将式(1)代入式(10)，整理后得:式中:vi，vr，vf——切入风速，额定风速，切出风速.若某地区的风速分布已知，形状参数k和尺度参数c为常数，切入、切出风速一般情况下也为定值.当风轮直径一定的风力发电机组，其效率为η时，实际年发电量可以表示为:由式(12)可知，年发电量与风速特性和风机各参数有直接关系，而与额定功率没有必然联系.2.4 额定风速和机组成本的关系FINGERSH L等人［6］提出，风轮造价 y(元)与叶片半径r(m)成指数关系，可以表示为:由式(13)可知，适当提高额定风速，可以减小风轮直径，从而降低造价.3 确定额定风速的工程实例本文所研究的区域位于内蒙古自治区乌拉特后旗乌力吉苏木附近，风电场中心西距乌力吉苏木约19 km，东距旗府赛乌素镇约27 km，西南距海力素约28 km，海拔高度约为1 630 m.选用1#测风塔2006年9月1日至2007年8月31日完整性较好的连续一年的测风数据，对该地区的风况进行分析.风电场70m高度测风年测得的月平均风速、风功率密度分布状况如表1所示.表1 70m高度测风年测得的逐月平均风速及风功率密度月份风速/m·s-1风功率密度/W·m-2 月份风速/m·s-1风功率密度/W·m -2 1 7.9 457.8 7 6.5 241.4 2 8.8 729.8 8 6.6 298.2 3 7.7 492.5 9 7.5 373.3 4 7.5 352.9 10 8.2 475.5 5 10.6935.5 11 7.7 390.6 6 7.5 384.7 12 9.0 707.5风电场70m高度测风年测得的全年风向频率和风能频率如表2所示.由计算得到该风场各高度的风速频率分布Weibull模式拟合参数c和k，如表3所示.该地区风能资源丰富，对照风电场风能资源评估方法(GB/T 18710—2002)中风功率密度等级表，本风电场风功率密度等级属4级.70 m高度年平均风速为8.0 m/s，全年平均风功率密度为486.6 W/m2，有效风速小时数为7 898 h(3～25 m/s);10 m高度年平均风速为6.2 m/s，全年平均风功率密度为224.1 W/m2，有效风速小时数为7 786 h(3～25 m/s).表2 70m高度测风年测得的全年风向和风能频率风能频率风能频率/% 风向风向频率/%风向风向频率/%/%N 4 2 SSW 9 8 NNE 4 2 SW 24 29 NE 5 2 WSW 14 21 ENE 4 2 W 7 10 E 4 2 WNW 3 2 ESE 3 1 NW 2 1 SE 6 10 NNW 2 1 SSE 56 C 0 0 S 4 3表3 各高度Weibull分布曲线参数h/m c/m·s-1k 70 9.1 2.16 50 8.8 2.17 106.9 2.04所拟选用的风力发电机组轮毂高度集中在65～70 m，则额定风速按式(6)计算可得:不同额定风速与满负荷小时数的关系如图1所示.由图1可知，随着额定风速的增加，达到满负荷的小时数逐渐减少.假设风机的切入风速为3 m/s，切出风速为25 m/s，风能利用系数为0.4，风机的运行效率为0.6，当地空气密度为 1.04 kg/m3.将上述各参数代入式(9)、式(12)及式(13)，计算得到不同额定风速时的风轮直径、年平均上网电量，以及叶片的价格，如表4所示.由表4可以看出，降低额定风速，需要增加叶片半径.叶片越长，运输转弯半径要求越大，而对项目现场的道路宽度和周围障碍物的要求也越高.另外，起吊重量越大的吊车本身移动时对桥梁道路要求也越高，租金也较贵［7，8］.总之，生产成本和运输成本将显著增加，同时也提高了工艺难度.图1 额定风速和满负荷小时数的关系表4 不同额定风速下的各参数额定风速/m·s-1风轮直径估算值/m叶片半径/m年发电量/MWh叶片价格/万元8 133.92 66.96 7 747 466.16 9 112.23 56.12 6 957 280.29 10 95.82 47.91 6 196 177.81 11 83.06 41.53 5 450 117.83 12 72.89 36.45 4 743 80.90 13 64.65 32.33 4 109 57.28 14 57.85 28.93 3 526 41.59 15 52.16 26.08 3 000 30.87表4中的计算结果表明，相同的单机容量，随着额定风速的下降，年发电量呈增大的趋势，并且年发电量与额定风速成线性关系.单从这一角度来看，相同的单机容量，额定风速越小越好，而综合考虑叶片的价格时，结论并非如此.据资料显示，一般情况下叶片的成本占总成本的15% ～25%.假设1.5 MW风电机组的成本为600万元，则不同额定风速vr下叶片价格占总成本的比率如表5所示.表5 不同额定风速下叶片价格占总成本的比率额定风速/m·s-1叶片成本占总成本的比率/%额定风速/m·s-1叶片成本占总成本的比率/%8 78 12 13 9 47 13 10 10 30 14 7 11 20 15 5由表5可以看出，额定风速为8～10 m/s时，叶片的价格占总成本的百分比已经超过了30%，这表明叶片成本过高，因此该范围内的额定风速不宜采用.本文取11 m/s为额定风速较为合理，叶片价格所占的比率20%在15%～25%合理范围内，而传统的方法计算得到的额定风速为12 m/s.由表3可知，额定风速为11 m/s与12 m/s相比，虽然叶片成本提高了36.93万元，但是每年的年发电量增加了707MW，即提高了15%，大大增加了经济收益.无论低风速资源区还是高风速资源区，都应综合考虑成本和发电量，对相同的单机容量，应尽量选择额定风速低的风机.尽管增大了叶片的半径，增加了成本，但发电量大大增加，总体来说，效益较好.4 结论(1)在单机容量一定的情况下，额定风速与年发电量成线性关系;(2)工程实例中，按照本文的分析方法得出的最佳额定风速为11 m/s，与传统方法得出的最佳额定风速12 m/s相比，虽然增加了叶片的成本，但每年的发电量提高了15%，大大提高了风电场的经济性，表明本文的计算方法更加合理;(3)在选择最佳额定风速时，不仅要以风况为基础，还需要综合考虑发电量、成本等因素，这样才能充分利用当地的风资源，最大限度地发挥风力发电机组的效率，同时尽可能地降低成本，以获得最大的经济效益.参考文献:【相关文献】［1］贺德馨.风工程和工业空气动力学［M］.北京:国防工业出版社，2006:101-102.［2］林俊烈.风力发电机设计工况的重要参数——额定风速的确定［J］.太阳能学报，1987，8(1):82-89.［3］张海平.风力机特征风速的推导［J］.云南工业大学学报，1997，13(1):76-78.［4］龚伟俊，李为相，张广明.基于威布尔分布的风速概率分布参数估计方法［J］.可再生能源，2011，29(6):20-23.［5］胡燕平，甄海华，戴巨川.变桨距风力发电机额定风速的确定方法［J］.太阳能学报，2011，32(3):307-310.［6］ FINGERSH L，HAND M，LAXSON A.Wind turbine design cost and scaling model ［R］.Technical Report NREL/TP-500-40566，2006:12-13.［7］卢为平.风力发电基础［M］.北京:化学工业出版社，2011:59-60.［8］刘佳明，张小丽.风电经济性的简易评估［J］.技术经济与管理研究，2007(2):52-53.。
风力发电机的转速控制说明书
风力发电机的转速控制说明书一、引言风力发电是一种利用风能转化为电能的清洁能源。
风力发电机是将风能转化为机械能，再通过发电机转化为电能的设备。
本说明书旨在介绍风力发电机的转速控制方法，并提供相关操作指南。
二、转速控制原理风力发电机的转速控制是为了优化发电机的工作状态，提高发电效率。
常用的转速控制方法包括以下几种：1. 常速控制：将风轮转速保持在固定的恒定值。
这种控制方法适用于风速较稳定的区域，并能保持较高的发电效率。
2. 变桨角控制：通过调整桨叶的角度来控制风轮受力情况，从而控制转速。
当风速较高时，增大桨叶角度，减小风轮转速；反之，减小桨叶角度，增大风轮转速。
这种控制方法适用于风速波动较大的区域。
3. 变频控制：通过改变发电机的电磁场频率来控制风力发电机的转速。
这种方式可以实现风轮转速的精确控制，适用于风速波动较大且要求较高的发电场景。
三、转速控制操作指南为了确保风力发电机的正常运行，以下是转速控制的一些建议：1. 在常速控制模式下，需要根据风速的变化调整风轮的转速。
定期监测风速，并根据监测结果调整转速，以保持最佳发电效率。
2. 在变桨角控制模式下，需要根据风速变化及转速要求调整桨叶的角度。
通常风速较高时，宜减小桨叶角度，以防止叶片过载；风速较低时，适当增大桨叶角度，以保证风轮转速达到要求。
3. 在变频控制模式下，操作人员需根据风速和发电机转速的设定值，进行相应的频率调节。
频率调节需根据具体机型和厂家提供的操作手册进行。
4. 定期检查发电机设备及控制系统的运行情况，确保转速控制装置的正常工作。
如发现异常情况，应及时进行维修或联系厂家处理。
四、安全注意事项在使用风力发电机的过程中，需要注意以下安全事项：1. 操作人员应该熟悉发电机的工作原理、性能和操作规程，并进行相应的培训。
2. 在进行转速控制操作前，应确保风力发电机处于安全状态，并切断相关电源。
3. 操作过程中，应遵循操作规程，不得擅自改动设备参数或超负荷操作。
FTJ-4.8-10-6-8型风力提水机风轮的设计与计算
综 上 所 述 ， 择 叶 片数 Ｚ １ （ ） 每 片 长 选 ＝８片 ，
轮 叶 片数 少 ， 流通 过量 增 加 ， 图 ２所 示 ， 气 如 叶 片距离 为 ａ相邻 叶 片气 流 问 为 ｂ 气 流 带宽 ｂ 。 隔 。
受 Ｚ与角 度 Ｉ 影 响 ， 叶尖 速 比 变化 （ ｌ ， 当 引起 角
式 中 ： ｐ叶 尖速 比 （＝ ． Ｃ－ ｋ１ ５时预 期 的 功 率 系数 ，
Ｃ： ． ７ 口Ｏ１ ） ９
ｐ 空 气密度 ，＝ ．７ ｇｍ 。 一 ｐ １ ｋ／３ ２ 所 以风 轮 提供 的 功 率 为 Ｐ总 ２ ２ １ Ｏ２ ＝ ＝８． ｘ． ８ ７
２ ３６ ０ ．２Ｗ
３ ０ ｈ以上 ． 别 地 区 ４ ０ ｈ以上 ． 能 资 源 十 ００ 个 ００ 风 分 丰 富。 － ｍ ｓ范围 内 的风速 频率较 高 ， 了使 ３６ ／ 为 风 力 提水 机在 风频 较高 的风 速段具 有 最 大 的 风 能 利用 系数 ． 里选取 ５ ／ 为设 计风 速 。 这 ｍｓ
Ｆ Ｊ ４ － ０６ ８ Ｔ 一 ． １－ — 型风 力提水机 ８ 风轮的设计与计算
卢 宏 字 ’ 李 艳 杰 ２ 何 占松 ，
１ ． 黑龙 江省 畜牧 机械 化研 究所 ； ． 庆惠 博普 石油 机械设 备 制造 有 限公 司 ２大
【 摘
要】 本文根据风力提水机预期达到的提水功率来设计计算风轮 叶片的各项参数 ， 依据计 风轮叶片 叶片安装角
嫩平 原风 资源 数 据 为基 础 的 。根据 当地 的 风 资 源 数据 ， 平 均 风能 密度 在 ２ ０ ｍ 以上 ， 别 年 ０ Ｗ／ ： 个
地 区 可达 ３ ０ ｍ ，风 速大 于 ３ ／ 的 时 间一 年 ０ Ｗ， ｍｓ 有 ５０ — ００ ． ０ ０ ６ ０ ｈ 风速 大 于 ６ ／ 的时 间 一年 就 有 ｍｓ
风轮尺寸与额定风速
风轮尺寸与额定风速风轮尺寸与额定风速风力机的额定风速为了确定风轮的尺寸首先要确定风力机的额定风速，在国家标准GB/T 13981一92《风力机设计通用要求》中6.1.1条规定对风力发电机组的切入风速与额定风速有规定：风力发电机组的切入风速与额定风速表这是早些年的规定，近些年常用年平均风速来确定额定风速（有关年平均风速见相关词语定义），根据国外的统计资料，在降低制造成本的前提下以年平均风速来计算额定风速，对于可变桨风力机的额定风速为年平均风速的1.67至1.77倍；对于失速型风力机的额定风速为年平均风速的2倍以上。
按此计算出的额定风速比上表的数值要高，针对大型水平轴风力机或许更合适些。
我们觉得对于风速变化不太大的环境与具有良好安全性能的可变桨风力机可适当减小这个比例，以降低成本。
但许多微型小型风力机既不能变桨又无自动安全保护功能，为适应宽的风速变化范围在大风时不烧毁发电机，不得不把额定风速定得比较高，额定风速为年平均风速的2倍以上。
多以13m/s或更高作为额定风速。
额定风速13m/s的风力发电机在风速为6m/s运行时，其功率仅为额定功率的10%，对于大部分时间工作在6m/s风速下确实是浪费。
我国内陆平原地区年平均风速较低，若大风很少的话可降低额定风速，但要有一定的防护措施以防万一。
靠沿海地区平均风速高一些，但沿海地区会有强台风，必须加强风力机的抗强风能力。
风力机的其它性能要求除了额定风速外，风力机还有切出风速、停机风速、安全风速等风速指标以及发电机组的工作范围，在国家标准都有规定，下面附上GB/T 19068.1-2003《离网型风力发电机组技术条件》部分有关内容：3.3 性能要求3.3.1 机组的切人风速和额定风速应符合GB/T 13981-1992中6.1.1的规定。
3.3.2 机组在额定工况下，其输出应不小于额定功率。
3.3.3 机组的切出风速应不小于17 m/s,3.3.4 机组的停机风速应不小于18 m/s,3.3.5 机组的安全风速应不小于50 m/s,3.3.6 机组的最大工作转速应符合以下要求: 额定功率小于或等于1kW，应不大于额定转速的150%;额定功率大于1kW，应不大于额定转速的125%.3.3.7 机组的安全防护系统应保证机组运行时不超过最大工作转速，且在停机风速下能自动或人工停机。
风机叶片 风速分布
风机叶片风速分布一、概述风机叶片是风力发电机中的核心部件，其性能直接影响到风机的效率及发电能力。
在研究风机叶片的风速分布时，我们主要是对叶片表面风速进行测量和分析，以便了解风能转换效率及潜在的优化空间。
本文将详细介绍风机叶片风速分布的测量方法、结果分析以及优化建议。
二、测量方法测量风机叶片风速分布通常采用激光多普勒测速仪（LDV）或热线风速仪。
这些测量设备可以非接触地测量叶片表面各点的风速，从而获得风速分布数据。
在测量过程中，需保持风场环境稳定，以减小误差。
三、结果分析通过对大量风机叶片风速分布数据的分析，我们发现以下规律：1.靠近叶片前缘的风速通常高于后缘，这是由于气流在叶片前缘受到的压缩效应所致。
2.在叶片展向方向上，风速呈现逐渐减小的趋势，这是由于叶片对气流的逐渐消耗。
3.在叶片径向上，靠近叶根的风速高于靠近叶尖的部分，这可能与叶片的曲率变化及气流分离有关。
四、优化建议基于以上分析，我们提出以下优化建议：1.对叶片前缘进行优化设计，以进一步提高风能捕获效率。
2.在叶片后缘增加适当的涡流发生器，以改善后缘气流状态，减小风能损失。
3.考虑在叶片径向不同位置设置导流装置，以改善气流分布，提高风能利用率。
4.对叶片表面进行适当的粗糙处理，以提高风能转换效率。
5.持续监测并分析叶片风速分布数据，以便及时发现并解决潜在问题。
五、结论通过对风机叶片风速分布的测量和分析，我们可以深入了解风能转换的内在机制，为优化风机设计提供重要依据。
通过合理的优化措施，可以提高风机的效率及发电能力，为可再生能源的发展做出贡献。
风力机设计理论及方法 风力机的基本设计理论1
4、NREL翼型系列
该翼型由美国国家可再生能源实验室所研制，主要应 用与大中型叶片，有3个薄翼型族和3个厚翼型族。这 些翼型能有效减小由于昆虫残骸和灰尘积累使桨叶表 面粗糙度增加而造成的风轮性能下降，并且能增加能 量最大输出和改善功率控制。
5、DU翼型系列
几种翼型的比较
S ——叶片扫掠的面积，m2； V ——实际通过风轮的风速，m/s。
根据风轮前后的压力差，作用在风轮上的推力又可写成
式∶
F S(P1 P2 )
P1 ——风轮前压力，Pa或kPa；
P2 ——风轮后压力，Pa或kPa。
• 应用伯努利方程
1 2
V12
P
1 2
V 2
P1
1 2
V22
⑸作用在风轮上的推力是均匀的。
• 将动量方程用于图3-1所示的控制体中，可 得作用在风轮上的推力为∶
式中∶
F m(V1 V2 )
V1 ——风轮前方的风速，m/s； V2 ——叶片扫掠后的风速，m/s；
m ——单位时间内的质量流量，kg/s。
m SV
式中∶
——空气密度，kg/m3；
3、FFA-W翼型系列：（ 2）FFA-W2翼型系列
（ 3）FFA-W3翼型系列
4、NREL翼型系列
5、DU翼型系列
（1）NACA四位数字翼型 1、NACA翼型系列：（ （23） ）NNAACCAA五 四位 、数 五字 位翼 数型 字翼型
（4）NACA六位数字翼型
（3-7）
（3-8）
（3-9）
动量理论说明了作用于风轮上的力和来流速度间的关系， 能够解答风轮转换机械能和基本效率问题。
IEC61400-1第三版本 2005 风机第一分项：设计要求
IEC61400-1第三版本 2005-08风机-第一分项：设计要求1. 术语和定义1.1 声的基准风速 acoustic reference wind speed标准状态下（指在10m 高处，粗糙长度等于0.05m 时），8m/s 的风速。
它为计算风力发电机组视在声功率级提供统一的根据。
注：测声参考风速以m/s 表示。
1.2 年平均 annual average数量和持续时间足够充分的一组测试数据的平均值，用来估计均值大小。
用于估计年平均的测试时间跨度应是一整年，以便消除如季节性等非稳定因素对均值的影响。
1.3 年平均风速annual average wind speed基于年平均定义的平均风速。
1.4 年发电量 annual energy production利用功率曲线和在轮毂高度处不同风速频率分布估算得到的一台风力发电机组一年时间内生产的全部电能。
假设利用率为100%。
1.5 视在声功率级 apparent sound power level在测声参考风速下，被测风力机风轮中心向下风向传播的大小为1pW 点辐射源的A —计权声级功率级。
注：视在声功率级通常以分贝表示。
1.6 自动重合闸周期auto-reclosing cycle电路发生故障后，断路器跳闸，在自动控制的作用下，断路器自动合闸，线路重新连接到电路。
这过程在约0.01秒到几秒钟内即可完成。
1.7 可利用率 （风机） availability在某一期间内，除去风力发电机组因维修或故障未工作的时数后余下的小时数与这一期间内总小时数的比值，用百分比表示。
1.8 锁定（风机）blocking利用机械销或其它装置，而不是通常的机械制动盘，防止风轮轴或偏航机构运动，一旦锁定发生后，就不能被意外释放。
1.9 制动器（风机）brake指用于转轴的减速或者停止转轴运转的装置。
注：刹车装置利用气动，机械或电动原理来控制。
1.10 严重故障（风机）catastrophic failure零件或部件严重损坏，导致主要功能丧失，安全受到威胁。
风轮设计风速选择
风轮设计风速选择及风力机单机容量的选择题目摘要内容结论参考文献摘要：主要从三大方面介绍了风轮设计风速选择，一、叶片的几何参数；二、风轮的几何参数；三、风轮的物理特性三个方面。
从这三个方面介绍了改如何选择风速以及具体要求。
内容一节风轮总体参数的设计要求风轮的作用是把风的动能转换成风轮的旋转机械能。
这个二次能量可以用不同的方式加以利用，如发电、提水、制热或其他可能的能量转换方式等。
风轮应尽可能设计的最佳，以提高其能量转换效率。
风轮之所以能从风中获得能量，是因为它能使经过风轮扫掠面积内的风速降低到一定程度。
静止状态的风轮和以非常高的转速旋转的风轮都不会产生功率；在这两种极端情况之间，有一个使风力发电机组获得最大功率的转速。
风轮一般由一个、两个或两个以上的几何形状一样的叶片和一个轮毂组成。
风力发电机组的空气动力特性取决于风轮的几何形式，风轮的几何形式取决于叶片数、叶片的弦长、扭角、相对厚度分布以及叶片所用翼型空气动力特性等。
风轮的设计是一个多学科的，它涉及空气动力学、机械学、气象学、结构动力学、控制技术、风载荷特性、材料疲劳特性、试验测试技术等多方面的知识。
风轮的功率大小取决于风轮直径，对于风力发电机组来说，追求的目标是最的发电成本。
由于风轮的噪声与风轮转速直接相关，大型风力发电机组应尽量降低风轮转速；因为当叶尖线速度达到70-80m/s 时，会产生很高的噪声。
在风轮转速确定的情况下，我们可以改变叶片空气动力外形来降低噪声。
如改变叶尖形状，降低叶尖载荷等。
风轮是风力发电机组最关键的部件，风轮的费用约占风力发电机组总造价的20%-30%，而且它至少应该具有20年的设计寿命。
除了空气动力设计外，还应确定叶片数、叶片结构和轮毂形式。
一、叶片的几何参数1. 叶片长度叶片径向方向上的最大长度，如图4 -1所示。
2. 叶片面积叶片面积通常理解为叶片旋转平面上的投影面积。
3.叶片弦长叶片径向各剖面翼型的弦长。
叶片根部剖面的翼型弦长称根弦，叶片尖部剖面的翼型弦长称尖弦。
风力发电系统的控制与优化设计
风力发电系统的控制与优化设计随着环保意识的逐渐加强和新能源的迅速发展，风力发电作为其中的重要一环，其在可再生能源中的地位也日渐稳固。
然而，风力发电存在一些技术和经济上的问题需要解决，其中之一就是如何控制和优化风力发电系统的运行，以提高运行效率，减少损失和维护成本。
本文将就风力发电系统的控制与优化设计进行探讨。
一、风力发电系统的控制风力发电的基本原理是利用风力带动叶轮旋转，通过机械装置将转动的动能转化为电能。
因此，控制风力发电系统的运行状态和输出电能的质量是非常重要的。
主要的控制策略包括以下几种：1. 最大功率点跟踪控制最大功率点跟踪控制是指通过控制风力机叶轮旋转的速度，使得叶轮的运行状态始终在最大输出功率点附近，从而获得最大的输出功率。
这样可以提高系统的效率和经济性。
2. 稳定控制稳定控制是指通过控制风力机转速，使风轮的转速始终保持在合适的范围内，以确保机组的安全稳定运行。
此外，还需要对设备进行实时监测和故障诊断，保障系统的安全性。
3. 风机启动控制风机启动控制是指在风速低于额定值时，需要对风机进行启动控制。
比较常用的方法是采用风机起动系统，在启动系统中设置起动器，通过引导风机叶片转动来启动风机。
二、风力发电系统的优化设计除了控制风力发电系统的运行状态外，优化设计也是提高发电系统性能的重要手段。
主要的优化策略包括以下几种：1. 叶轮设计优化叶轮是风力发电系统中最核心的部分，其设计的合理与否直接影响到风力机的转速和输出功率。
因此，在叶轮设计中需要考虑叶轮的结构尺寸、叶片的数量、形状和角度等因素，以实现最佳的输出功率。
2. 发电机选择优化发电机是将机械能转化为电能的关键部件之一。
不同类型和规格的发电机具有不同的性能和特点，需要针对实际应用情况进行选择。
同时，还需要考虑发电机的输出功率和效率，以提高系统的运行效率。
3. 维护保养优化维护保养是风力发电系统中非常重要的环节，对其进行优化可以有效地减少故障率和维修成本。
风速对垂直轴风力机风轮气动性能的影响
关键 词 ： 垂直轴风力机 ； 滑移网格 ； 数值模 拟Байду номын сангаас； 实度
中 图分 类 号 ： Ｔ ８ Ｋ３ 文献标识码 ： Ａ ｄｉ１．９ ９ ｊｉ ｎ １０ ０ ２ ．０ ０ ０ ． １ ｏ：０ ３ ６／ ． ｓ．０ ５— ３ ９ ２ １ ．４ ０ ｓ １
Ａｅ ｏ ｙ ａ ｉ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｏ ｈ ｒ ｉａ ｉ ｉ ｄ Ｔｕ ｂ ｎ ｎ Ｗ ｉ ｄ Ｓ ｅ ｄ ｒ ｄ ｎ ｍ ｃ Ｐ ｒ ｏ ｍａ ｃ ｆｔ ｅ Ｖｅ ｔｃ ｌＡｘ ｓ Ｗ ｎ ｒ ｉ ｅ ｏ ｎ ｐ ｅ
法 ， 析了不 同时刻 的速度场 和压力场 分 布及风 轮 分
叶片受 力和转矩 的变化规律 。
且对 自由来 流的湍 流度 也不 敏感 。
ｋ 程： 方
通过 对 不 同湍 流 模 型 数 值 模 拟 的 尝 试 和 比
较， 建议对 直 叶 片垂 直 轴 风 轮 二维 数 值 模 拟 采 用
ｋ一∞ Ｓ Ｔ湍 流 模 型 。该 模 型具 有 良好 的稳定 性 Ｓ 和 收敛性 ， 能精确 预报 压力 梯度 流动 的对 数层 ， 并
转速 的变化等 ； 献 ［ ］ 文 ３ 中通 过求解 非 定 长不 可 压 缩 Ｎｖｅ — ｔｋｓ ａｉ Ｓｏｅ 方程 ， ｒ 采用 ＰＳ ＩＯ速度 压力修正算
的计算结果 和数值模拟 结果进行对 比 ， 证 了把 三 验
维 简化为二 维进 行 Ｃ Ｄ数 值 模 拟 的 可行 性 等 ； Ｆ 文 献［］ ２ 中针对 不 同 弦长 下 的小 型 Ｈ 型 垂直 轴 风 轮 模型 ， 用 Ｒ Ｇ两方 程湍流模 型 ， 选 Ｎ 采用 滑移 网格 技 术分析 了不 同弦长下 ， 功率 、 矩 、 能利用 系数 随 转 风
风力发电机组结构及传动系统设计
风力发电机组结构及传动系统设计风力发电机是利用风能转化为电能的设备，由于其清洁、可再生的特性，成为了现代能源领域的重要组成部分。
为了达到高效、可靠且经济的发电目标，风力发电机组的结构及传动系统设计至关重要。
本文将讨论风力发电机组结构及传动系统的设计原则和关键要素。
一、风力发电机组结构设计1. 风轮设计：风轮是转化风能为机械能的关键部件。
其设计应考虑风速、气动特性和刚度等因素。
风轮应具备最大化捕获风能的能力，并保证在高风速情况下的稳定性。
此外，材料的选择也非常重要，应考虑强度、耐腐蚀性能和重量等因素。
2. 主轴设计：主轴是连接风轮和传动系统的关键组件。
其设计应考虑承受风轮转动产生的巨大力矩和转速的要求。
主轴应具备足够的强度和刚度，并采用高强度材料进行制造。
另外，润滑和散热系统的设计也应充分考虑，以确保主轴的可靠性和安全性。
3. 塔架设计：塔架是支撑风轮的结构，其设计应考虑高度、稳定性和抗风能力。
塔架应具备足够的刚度和强度，以抵抗风力引起的振动和地震等外力作用。
此外，塔架的施工和维护也需要充分考虑，以确保安全和可持续性。
二、风力发电机组传动系统设计1. 齿轮传动系统设计：齿轮传动系统是将风轮转动的机械能传递到发电机的关键部件。
其设计应考虑传动效率、噪音和可靠性。
合理选取传动比和齿轮材料，以最大程度地提高传动效率和减少能量损失。
此外，齿轮传动系统的润滑和冷却也需要充分考虑，以保证其稳定性和寿命。
2. 发电机设计：发电机是将机械能转化为电能的关键部件。
其设计应考虑输出功率、效率和可靠性。
根据风轮的转速和功率要求，选取合适的发电机类型，如永磁发电机或同步发电机。
同时，发电机的绝缘、冷却和保护系统也需要充分设计，以确保其正常运行和安全性。
3. 控制系统设计：控制系统是风力发电机组的大脑，用于调节风轮转速和传动系统的运行。
其设计应考虑风速、输出功率、负荷变化等因素。
控制系统应具备高精度、高可靠性和自适应性能，以保证风力发电机组在不同工况下的高效运行。
风力发电DIY之风速与风功率
风力发电D I Y之风速与风功率(总3页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除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、8.5 m/s、7.5 m/s、6 m/s四种风速和特殊设计风速一个（本处设为13 m/s），我们再增加停机风速20 m/s和起动风速3 m/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上表的风功率是速度为v的空气经过平面S后速度减为0所产生的功率，这是理想的情况，事实上空气经过平面S后并没有消失还得流走，速度不可能为0，所以说风只可能把一部分能量传给平面S。
在风力机中风通过风轮扫掠面积时把一部分动能传给风力机，把风轮接受的风的动能与通过风轮扫掠面积的全部风的动能的比值称为风能利用系数，根据贝茨理论，风力机的最大风能利用系数是59%，风能利用系数是衡量风力机性能的主要指标。
而实际的风力机是达不到这个理想数据的，各种形式的风轮接受风力的风能利用系数是不同的，阻力型风力机的风能利用系数较低，升力型风力机的风能利用系数较高。
风力机组风速下最佳状态控制
风速下风力发电机组的最优状态控制摘要：在不同风速下，风机控制系统应根据不同的风速测量数据做出时间响应。
本文一般会在额定风速以下基于 DCS 控制和 PI 和 DCA 控制来分析风机的风速。
在分析风机运行特性的基础上，研究了实现最佳风能捕获的系统控制方法。
并采用PWM控制技术，对双馈发电机的转子进行交流励磁，实现发电机有功、无功和转速的独立控制，从而获得最大风能的高效发电运行。
捕获。
利用仿真效果验证控制策略的正确性和有效性。
关键词：变速恒频PWM整流励磁电流调速功率控制直接调速等一、介绍随着现代工业的快速发展，人类对能源的需求显着增加，而地球上可用的常规能源却日益稀缺。
据专家预测，煤炭可以开采221年，石油可以开采39年，天然气只能开采60年。
如何实现能源的可持续发展，从而保证经济和社会的可持续发展，已成为各国政府必须解决的重大问题。
问题是能源战略问题。
唯一的出路是有计划地利用常规能源，节约能源，发展新能源和可再生能源。
目前，占能源消费首位的电能是二次能源。
由其他能源转化而来。
目前，世界各国主要依靠火力发电。
火力发电以碳氢化合物为主要成分，以煤、重油等为燃料。
燃烧后，SO2和CO2等有害气体和烟尘排放到大气中，间接造成酸雨和温室效应。
为了减少火力发电造成的空气污染，实现能源的可持续发展，世界各国都在积极发展风力发电。
随着世界风电机组容量的快速发展和风电机组技术的成熟和不断提高，未来风电势必成为世界新的关键能源之一。
风电一直是世界上增长最快的能源，装机容量每年增长30%以上。
到2003年初，全球风力发电装机容量达到3200万千瓦，相当于32座标准核电站，足以满足1600万欧洲居民的用电需求。
本世纪以来，国际上风力发电的使用有所增长。
随着风电技术的不断进步，容量逐渐增加。
单机容量已达数百千瓦，兆瓦级风力发电机已问世。
近十年来，风力发电机组的产品质量得到显着提升，作为一种新型、安全、可靠、清洁的能源，引起了世界风能资源丰富国家的关注和大规模开发。
水平轴风力机气动设计(十二步法)
CL 3 αc = α0 + (1 + ) Sp 0.11 1.08 3 = −5 + (1 + ) = 7.85o 0.11 9.7
• （11）根据αc，计算θ角{见第(5)步的表}
θ = φ -α
这里求出的安装角θ在根部太大，也可作适当修正。 θ
（12）绘制精确的叶片和翼型图.
• 2.风力机设计步骤 • (1)计算风轮直径D
P = C P 1 ρV13 1 πD 2 •η1 •η 2 2 4
= 0.49V13 D 2 C Pη1η 2
求得D=3.14m；取D=3.2m
• 设计风速 • 风轮设计风速(又称额定风速)是，影响 风力机的尺寸和成本。设计风速取决于使用 风力机地区的风能资源分布(平均风速和风速 的频度)。 • 确定风速 的大小，加可以按全午获得最 大能量为原则来确定；也有人提出以单位投 资获得最二个步骤，是一种设计高速 螺旋桨型风轮的“折衷”方法，它比简化方法之一要详细， 但又不及某些专门方法那样严格。只要所涉及的空气动力 学特性要求不是太高，这方法还是一种可靠的设计方法。 按这个方法设计的Cp值可达到0.4，下而举例说明:
1.风轮设计参数
风力机输出功率：P=1000W 风力机设计风速：V1=9m/s 风力机机电效率：η1η2=0.81 风能利用系数：Cp=0.35 空气密度：ρ=1.25(kg/m3)
16π R/r N= r 4 9 λ0 λ2 ( R ) 2 + 9 0 u u λ0 = = 2 V 3 V1
• 形状系数N计算结果
• (7)选取翼型。本例选取Fx60-126翼型，当 L/D=100时，攻角=5°此时升力系数 CL=1.08(见图4一11)
• （8）对于每一个计算点，使用下列公式计算弦长。
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风速.
单位时间流过微元面积 d s 上的风能为
d P2
=
1 2
ρV
3 2
d
s
=ρ
R2 -
r2
V
3 2
d
r
=
ρ
R2 -
r2
V
3 h
hh
r
3α
dr
=
ρ
R2 -
r2
V
3 h
1-
r h
3α
dr
或
d P2
பைடு நூலகம்
=
ρR
2
V
3 h
1-
r2
1-
r h
3α
dr
于是流过下半风轮轮扫面积的风功率即为
∫ ∫1
P2 =
d P2
=
ρR2
1 风速沿铅垂高度的变化
在近地面附近 ,由于受到地面植被 、建筑物等
影响 ,风速会随着高度的降低而降低. 国内外大量
的文献已给出并经实验证实 ,在近地面处 ,风速与
高度基本上满足下列关系式
V V0
=
α
H H0
(1)
式中 : V 0 ———高度为 H0 ( 通常取为地面以上 10
收稿日期 : 2005 - 09 - 06. 基金项目 : 甘肃省科技攻关项目 (2 GS052 - A52 - 004 - 03) . 作者简介 : 张玉良 (1978 - ) ,男 ,山东潍坊人 ,硕士 ,主要从事流体力学与风力发电技术方面的研究.
为计算流过上半风轮轮扫面积的风功率 ,先在 离风轮中心为 r 处水平地取宽为 d r 的微元面积 ds ,如图 1 所示. 根据几何关系可知 ,此微元面积为
图 1 风轮轮扫面积上的风能计算图 Fig11 Evaluation diagram of swept area of wind rotor
3α
dr =
∫1
ρR 2
V
3 h
-1
1-
r2
1+
r h
3α
dr =
∫ ρR 2
V
3 h
1 h3α
1 -1
1 - r2 ( h + r) 3αd r
(6)
如果现在用风轮中心即轮毂处的风速作为设
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ds = 2 R2 - r2 d r 式中 , R 为风轮半径. 流过此微元面积的风功率为
d P1
=
1 2
ρV
3 1
d
s
式中 , V 1 为流过 d s 的风速. 由式 (1) 可知
α
V1 = Vh
h+ r h
(2)
式中 : V h ———风轮中心处的风速 ; h ———风轮中心高.
将此 V 1 与 d s 代入上述 d P1 表达式中 ,得
1) 从上面的结果可知 ,随着高度的增加 ,风 速断面影响系数越来越大 ,并趋近于 1. 这说明随 高度的增加 ,用风轮中心即轮毂处的速度代替流 过整个风轮轮扫面积上各处的真实速度而计算得 到的功率越来越接近流过轮扫面积的真实风功 率 ,两者无太大差别.
2) 在塔架高度大于 215 R 的情况下 , 可以看 出其风速断面影响系数不再有明显的变化. 而在 现有塔架高度大多为 h = 2 的情况下 , 其风速断 面影响系数为 01981 , 其速度影响大小为 01994 , 即所造成的误差在 016 % 以内. 这就说明在常规 情况下 ,在计算流过整个风轮轮扫面积上的功率 时 ,可以风轮中心风速作为一个单值的设计风速 , 其计算过程简化而又不十分影响计算精度.
d P1 = ρ
R2 -
r2
V
3 h
h+ h
r
3α
dr
=
ρ
R2 -
r2
V
3 h
1
+
r h
3α
dr
于是流过上半风轮轮扫面积的风功率即为
∫ ∫ P1 =
d P1 =
R
ρ
0
R2 -
r2
V
3 h
1+
r h
3α
dr =
∫R
ρR
V
3 h
0
1-
r2 R2
1
+
r h
3α
dr
为方便计算 ,将
h 与 r 无因次化 , 即令
出现上述结果的原因是由于风速随相对高度 ( h) 增加 ,风轮扫掠面内风速梯度越来越小.
4 结 论
在进行大功率水平轴风力机风轮设计时 ,可 以不必考虑无穷远来流风速沿高度变化的影响 , 可近似采用风轮中心处 (即轮毂处) 的速度值作为 设计风速. 用该值去计算可以有很高的精度 ,大大
简化了计算过程 ,并且保证有很好的可靠性.
定的地表风切变指数α,式 (8) 采用数值积分法即
可求解风速断面影响系数. 现分别对塔架高度为
115 R 、1175 R 、210 R 、215 R 和 310 R ( 即 h =
115 ,1175 ,210 ,215 和 310) 五种情况进行数值积
分. 取步长Δr = 011 , 取风速切面系数 01156 , 可
Abstract : Elect ricity generation by wind power is t he best application form of wind energy. Wit h t he increase in t he capacity of a wind t urbine , it s size including tower height is getting larger and larger. Generally , t he wind speed of oncoming flow gradually enhance wit h t he increase of height . Consequently , for designing t he rotor of a large2power horizontal2axis wind machine wit h bigger rotor diameter , whet her t he gradient of wind speed of oncoming flow in f ront of t he rotor should be considered will be a problem for designers of wind t urbines. For realizing t he accurate calculation of aerodynamic characteristics of t he rotor , t he design of wind speed must be given using a reasonable met hod. It is analyzed and verified t hat t he aerodynamic design of t he rotor will be fairly reasonable by taking wind speed at t he rotor center as t he designed wind speed.
Treatment of wind speed in design of wind turbine rotor
ZHAN G Yu2liang , CHEN G Zhao2xue , YAN G Cong2xin , M EN G Fan2zhong
(College of Fluid Power and Control , Lanzhou University of Technology , Lanzhou 730050 , China)
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沈 阳 工 业 大 学 学 报
第 28 卷
m) 处观测到的速度值 ; V ———高度为 H 处的风速值 ; α———风的切变指数. D. F. Warne 和 P. C. Calnan 给出地面粗糙度 Z0 和地面风的切变指数α的关系为 α = 0104 ln Z0 + 01003 (ln Z0) 2 + 0124 切变系数α的变化范围一般在 011 到 014 之间 ,我 国陆上一般取 α = 01146. 经查证已有气象资料 可知 , 在风能资源丰富的甘肃省西北部 , 一般取 α = 01156.
风力机风轮设计中风速的处理
张玉良 , 程兆雪 , 杨从新 , 孟繁中
(兰州理工大学 流体动力与控制学院 , 兰州 730050)
摘 要 : 风力发电是风能利用的最好形式. 随着单机容量的不断增大 ,风力机的整体尺寸也越来越 大 ,包括塔架高度. 一般情况下 ,无穷远来流风速随高度的增加而逐渐增大. 所以在设计大功率水 平轴风力机风轮时 ,风轮设计者是否要考虑无穷远来流风速在铅垂高度等于直径的范围内的速度 梯度将是一个值得注意的问题. 为准确计算风轮的气动特性 ,就必须针对这一速度变化范围用合 理的方法给定设计风速. 分析并证明了用风轮中心处的速度作为设计风速是相当合理的. 关 键 词 : 水平轴风力机 ; 风轮 ; 速度梯度 ; 风速切变 ; 设计风速 中图分类号 : T K 83 文献标识码 : A
h
=
h R
与
r
=
r R
, 于是得
∫1
P1
=
ρR 2