風力發(fā)電原理課件：風力發(fā)電的基本原理-

風力發(fā)電的基本原理【本章教學目標】熟悉大氣環(huán)流、季風環(huán)流，掌握我國季風環(huán)流的形成，熟悉海陸風、山谷風的形成，了解風級；掌握測風系統(tǒng)組成、風速和風向測量方法；理解風能的特點，熟悉中國風能資源分布特點，掌握風能豐富區(qū)分布；理解風特性，掌握平均風速和風向、湍流度；了解風速隨時間變化規(guī)律，掌握風速隨高度變化規(guī)律；掌握風能公式。3.1工作原理風能資源決定于風能密度和可利用的風能年累積小時數(shù)。風能密度是單位迎風面積可獲得的風的功率，與風速的三次方和空氣密度成正比關系。風能作為一種無污染和可再生的新能源有著巨大的發(fā)展?jié)摿Γ貏e是對沿海島嶼，交通不便的邊遠山區(qū)，地廣人稀的草原牧場，以及遠離電網(wǎng)和近期內(nèi)電網(wǎng)還難以達到的農(nóng)村、邊疆，作為解決生產(chǎn)和生活能源的一種可靠途徑，有著十分重要的意義。圖3.1大型風電場圖3.2現(xiàn)代風力發(fā)電機基本組成3.1.1風輪

風輪是把風的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的重要部件，它由兩只(或更多只)螺旋槳形的風輪組成。當風吹向葉片時，葉片上產(chǎn)生氣動力驅(qū)動風輪轉(zhuǎn)動。葉片的材料要求強度高、重量輕，目前多用玻璃鋼或其它復合材料(如碳纖維)來制造。3.1.2發(fā)電機發(fā)電機是把由風輪得到的恒定轉(zhuǎn)速，通過升速傳遞給發(fā)電機均勻運轉(zhuǎn)，把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?.1.3塔架

塔架是支承風輪、尾翼和發(fā)電機的構架。3.2風力發(fā)電基本理論3.2.1貝茨（Betz）理論世界上第一個關于風力機風輪葉片接受風能的完整的理論，是1919年由德國的A·貝茨（Betz）建立的。貝茨理論的建立，是假定風輪是“理想”的?！袄硐腼L輪”是指風輪全部接受風能，假設沒有輪轂，葉片無限多，氣流通過風輪時沒有阻力，空氣流是連續(xù)的，均勻的，不可壓縮的，氣流速度的方向不論在葉片前或流經(jīng)葉片后都是垂直葉片掃掠面的（或稱平行風輪軸線的），具體條件如下：(1)風輪沒有錐角、傾角和偏角，全部接受風能(沒有輪轂)，葉片無限多，對空氣流沒有阻力；(2)風輪葉片旋轉(zhuǎn)時沒有摩擦阻力；風輪前未受擾動的氣流靜壓和風輪后的流靜壓相等，即

；(3)風輪流動模型可簡化成一個單元流管，如圖3.3所示；(4)作用在風輪上的推力是均勻的。圖3.3貝茨理論簡圖圖3.4風輪的葉素3.2.2葉素理論1889年，RichardFroude提出葉素理論。葉素理論是從葉素附近流動來分析葉片上的受力和功能交換。圖3.5葉剖面和氣流角、受力關系3.2.3渦流理論另一種計算風輪氣動性能的理論就是渦流理論。渦流理論的優(yōu)點在于考慮通過風輪的氣流誘導轉(zhuǎn)動。風輪旋轉(zhuǎn)工作時，流場并不是簡單的一維定常流動，而是一個三維流場，見圖3.6所示。理論考慮風輪后渦流流動，并假定：①忽略葉片翼型阻力和葉梢損失的影響；②忽略有限葉片數(shù)對氣流的周期性影響；③葉片各個徑向環(huán)斷面之間相互獨立。圖3.6風輪渦流示意圖圖3.8a）風能利用系數(shù)特性圖3.8b）無因次扭矩特性3.2.3動量理論

動量理論是WilliamR