风能发电系统

武汉软件工程职业学院光电子与通信工程系
太阳能、风能发电技术
武汉软件工程职业学院光电子与通信工程系
太阳能、风能发电技术
1、风能资源背景概述
风的能量是由太阳辐射能转化来的，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 平方向运动形成风。风能大约占太阳提供总能量的百分之 一或二，太阳辐射能量中的一部分被地球上的植物转换成 生物能，而被转化的风能总量大约是生物能的50～100倍。 据有关专家估计，全球一年中约为1.4×1016千瓦时电力能 力，相当于目前全世界每年所燃烧能量的3000倍。全球的 风能约为2.74×109 MW，其中可利用的风能为2.0×107 MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。
5、实度比
太阳能、风能发电技术
风力机叶片的总面积与风通过风轮的面积（风轮扫掠面积）之比称为 实度比（容积比），是风力机的一个参考数据。
假设有一水平轴风力机叶轮，每个叶片对风的投影面积为S，叶片个
数为B，风轮半径为R，则实度比为 BS R。2
如果为一垂直轴风力机叶轮，叶片的弦长为C，叶片个数为B，风
太阳能、风能发电技术
3、风能的特点及衡量指标 （2）衡量风能的主要指标
①风的等级 ②年平均风速 ③有效风速 ④参考风速和极限风速
武汉软件工程职业学院光电子与通信工程系
太阳能、风能发电技术
§ 1、科里奥利力 § 2、风的能量计算 § 3、风能利用系 § 4、叶尖速比 § 5、实度比
武汉软件工程职业学院光电子与通信工程系
1、科里奥利力
太阳能、风能发电技术
这种在转动参考系下观察到的运动物体的加速现象就是科里奥利效应，产生 此效应的虚拟的惯性力叫科里奥利力。
一般地可以证明，当质量为 m 的质点相对于转动参考系
v （角速度矢量为 ）的速度为 时，
则在转动参考系内观察到的科里奥利力为：
Fc 2mv
武汉软件工程职业学院光电子与通信工程系
太阳能、风能发电技术
第八章 风能发电系统
❖ 8.1风能概述 ❖ 8.1.1风能资源 ❖ 8.1.2风能的计算 ❖ 8.1.3风能的利用 ❖ 8.2风能发电系统 ❖ 8.2.1风能发电系统概述 ❖ 8.2.2风力发电机组 ❖ 8.2.3风能发电系统对环境的影响 ❖ 8.3风光互补发电系统 ❖ 8.3.1风光互补发电系统概述 ❖ 8.3.2风光互补发电系统 ❖ 8.3.3风光互补发电系统的应用
武汉软件工程职业学院光电子与通信工程系
太阳能、风能发电技术
2、我国风能资源的分布 （1）风能最佳区
①东南沿海、山东半岛、辽东半岛以及海上岛屿。这些地 区是我国的最大风能资源区，但是这一区域仅限于沿海岸线 几十公里的内陆，向内陆由于丘陵的阻滞会使风能锐减。
②新疆东部、内蒙古中西部、甘肃北部。这一地区地势平 坦广阔，属于风能资源密集区，虽然风力由北向南逐渐减弱， 但变化较慢，所以也是我国风能资源比较丰富的地区。
①两广沿海。 ②大小兴安岭山区。 ③东从辽河平原向西，过华北太平原经西北到最 西端，左侧绕西藏高原边缘部分，右侧从华北向南 面淮讨、长江到南岭。
武汉软件工程职业学院光电子与通信工程系
太阳能、风能发电技术
3、风能的特点及衡量指标 （1）风能的特点
①不稳定性 ②地区差异大 ③密度低
武汉软件工程职业学院光电子与通信工程系
E 1 v3 A
2
式中：E为风功率，单位为W，空气密度一般取1.225 kg/m3。
武汉软件工程职业学院光电子与通信工程系
3、风能利用系数
太阳能、风能发电技术
风能利用系数定义为风轮机的风轮能够从自然风能中吸
收的能量与输入风能之比。
令
P0
1 2
Av3
(1
v0 v
)[1 2
( v0 v
)2 ]
中
(1 v0 )[1 (v0 )2 ]
③黑龙江南部、吉林东部。
武汉软件工程职业学院光电子与通信工程系
太阳能、风能发电技术
2、我国风能资源的分布 （2）风能较佳区
①西藏高原中北部。 ②新疆北部、青藏高原北部、华北北部（三北北部）。 ③东南沿海(离海岸线20至50kM)。
武汉软件工程职业学院光电子与通信工程系
太阳能、风能发电技术
2、我国风能资源的分布 （3）风能可利用区
（0.297 Hm ）
=0e 3048
其中，H m 为海拔高度，单位是米。
武汉软件工程职业学院光电子与通信工程系
2、风的能量计算 （3）风功率及能量密度
太阳能、风能发电技术
风能的利用主要就是将它的动能转化为其他形式的能，因 此计算风能的大小也就是计算气流所具有的动能。在单位时 间内流过垂立于风速截面积A的风能，即风功率为：
2、风的能量计算 （1）风速及风速频率
太阳能、风能发电技术
风能“玫瑰”
武汉软件工程职业学院光电子与通信工程系
2、风的能量计算 （2）空气密度
太阳能、风能发电技术
海平面上一个大气压和60°F下空气密度是1.225kg/km3，以 此为参考，根据特定地点的温度和压强对空气密度进行校正。温 度和压强均随着海拔而变化，他们对空气密度的综合影响用下面 的方程表示，该方程在海拔从0～6000m的地方适用：
轮半径为R，则实度比为 BS 2 R。
多叶片的风力机有高实度比，适合低风速、低转速的风力机，其 效率较低。风力发电机多采用少叶片与窄叶片的低实度比风力机， 可以较高效率高转速运行。
武汉软件工程职业学院光电子与通信工程系
太阳能、风能发电技术
§ 1、我国新疆达坂城风力发电场 § 2、广东省南澳岛风电场 § 3、我国“十五”期间风力发电的发展目标
Cp =
v
v
2
则风能பைடு நூலகம்用系数可表示为：
Cp
P
0.5S 3
武汉软件工程职业学院光电子与通信工程系
4、叶尖速比
太阳能、风能发电技术
一般升力型风力机叶尖速比一般为3至8 ,叶尖速比直 接反映了相对风速与叶片运动方向的夹角，即直接关系 到叶片的攻角，是用来表述风电机特性的一个十分重要 的参数。
武汉软件工程职业学院光电子与通信工程系
武汉软件工程职业学院光电子与通信工程系
太阳能、风能发电技术
1、我国新疆达坂城风力发电场
新疆达坂城是我国最早建设规模化风电场的地区，于1989年建成的达 坂城风电一场是我国第一个风能发电场。所处的达坂城地区，位于中天 山和东天山之间的谷地，海拔高度在1100-1200米之间，西北起于乌鲁 木齐南郊，东南至达坂城山口，东西长约 80 公里 ，南北宽约 15至20 公里 ，是新疆南北疆的气流通道，常年盛行东南风和西北风，年均风速 大于8米/秒，年有效风速大于7500小时，30米高度年平均风速约 8.2m /s ，可安装风力发电机的面积在 1000 平方公里以上，年风能蕴藏量 250 亿千瓦时，可装机容量为2000MW以上。