第四章 风能..

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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
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4.2.1 风力机简介
风力发电机机：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。
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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。
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。
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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4.1.3 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。
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。
工作原理：风轮在风力作用下旋转，将风的动能转化为 机械能，发电机在风轮轴的带动下旋转发电。
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4.2.1 风力机简介
风力发电机构成：一般由风轮、传动装置、塔架、调 向器(尾翼)、限速调速装置、发电机和储能装置等构件组， 大中型风力发电系统还有自控系统。
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4.2.1 风力机简介
风轮:集风装置，将流动空气具有的动能转变为风轮旋转 机械能。 发电机:目前风能利用中有三种风力发电机，即直流发电 机、同步交流发电机和异步交流发电机。 塔架:风力机的塔架是风力发电系统重要的基础平台。
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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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4.1.2 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。
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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
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第一节
概述
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4.1.1 风能的特点
一、风能优点 蕴藏量大、清洁能源、分布广泛、可再生能源
二、风能局限性 能量密度低、不稳定性、地区差异大
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4.1.1 风能的特点
不同能源的能量密度表
风能 （3m/s） 水能 (流速3m/s) 波浪能 (波高2m) 潮汐能 (潮差10m)
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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
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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源自文库
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。