风力发电基础理论 第三章

作为一名风力发电工作者，学习风力发电基础理论是基础学习，新能源风力发电理论知识总结，针对技术比武理论考试。

第三章 风力发电的空气动力学原理

• 3.1风能
  • 从风的动能到机械能的转化通过叶片实现
  • 从机械能到电能的转化通过发电机实现
  • 单位时间内通过风轮的能量就是风功率
    • • ρ为空气密度
      • S为风轮扫略面积
      • v为风速
• 3.2贝茨极限
  • 理论风能利用系数（贝茨极限）
    • Cp,max≈0.593
  • 慢叶尖速比风机的转化效率系数Cp为0.3~0.35
  • 快叶尖速比的风机的转化效率系数Cp可达0.55
• 3.3翼型和空气动力特性
  • 叶片剖面的集合形状叫翼型
    • 叶片前缘
    • 叶片后缘
    • 弦长
    • 攻角
  • 升力和阻力
    • 叶片上表面气流速度较高
      • 上表面气流压力小
    • 叶片下表面气流速度较低
      • 下表面气流压力大
• 3.4风轮的空气动力学原理
  • 风轮参数
    • 风轮直径：风轮扫略面的直径
  • 影响风机输出功率因素
    • 空气密度
    • 空气压力（与海拔有关）
    • 空气湿度（干空气比湿空气密度大）
    • 温度
    • 风速
    • 风轮直径
    • 传动装置机械效率
    • 发电机机械效率
  • 风机输出功率公式
    • ρ为空气密度
    • D为风轮直径
    • v为风速
    • Cp为风能利用系数
    • ηt为风机传动装置机械效率
    • ηg为发电机机械效率
  • 影响风轮特性的几个参数
    • 叶尖速比
      • 指的是叶片叶尖线速度与来流风速的比值
      • λ=2πRn/v=ωR/v
      • n为风轮转速，r/s
      • ω为风轮角速度，rad/s
      • R为风轮半径
      • v为上游风速
    • 叶片数
    • 叶片截面（翼型）
    • 实度
      • 风轮的实度是指风轮的叶片面积之和与风轮扫略面积之比
    • 桨距角
  • 风机功率的控制
    • 失速控制
      • 优点
        • 叶片和轮毂之间无运动部件，轮毂结构简单，费用低。
        • 没有功率调节系统的维护费。
        • 在失速后功率的波动相对较小。
      • 缺点
        • 气动制动系统可靠性设计和制造要求高。
        • 叶片、机舱、塔架上的动态载荷高。
        • 由于常需要制动，在制动过程中叶片和传动系统会产生很高的机械载荷。
        • 启动性差。
        • 机组承受的风载荷大。
        • 在低空气密度地区难以达到额定功率。
    • 变桨距控制
      • 优点
        • 启动性好。
        • 制动机构简单，叶片顺桨后风轮转速可以逐渐下降。
        • 额定点以前的功率输出饱满。
        • 额定点以后的输出功率平滑。
        • 风轮叶根承受的静、动载荷小。
      • 缺点
        • 由于有的叶片变桨距机构、轮毂构造较复杂。可靠性设计要求高，故维护费用高。
        • 功率调节系统复杂，费用高。