风力发电技术-第二章：风电基本知识

风力发电原理

风力发电技术华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉

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第二章 风力发电基本知识2008.6.20华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉

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第二章：风力发电基本知识纵览 风能与风力资源 风力机种类与原理 风力发电机的类型 风力发电系统 风电场华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉2008.6.20

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第二章：风力发电基本知识一.风能与风力资源（一）风能基本知识 1.风的特性 z 风的方向不定、大小多变。 z 风速随高度的增加而提高，风速沿高度的相对提高因地 而异，大致上可以用下式表示： z Vn=V1(Zn/Z1)a z 式中：Vn－Zn高度处风速（m/s） z V1－Z1高度处风速（m/s） z a－风切变指数 z a＝ln(Vn/V1)/ln(Zn/Z1) z 风除了随高度变化而变化外，还随季节的变化而变化、 随日夜的变化而变化、随地形的变化而变化。2008.6.20 华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉

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第二章：风力发电基本知识2.风的能量z风能：空气运动的动能称为“风能”,风能的计算公式为： E＝1/2ρsv3 式中: E－风能（W） ρ－空气密度（kg/m3） S－气流截面积（m2) v－风速（m/s)z z风能密度：单位时间内通过单位面积的风能 W＝1/2ρv3 有效风能密度：指风机可利用的风速范围内的风能密度 （对应的风速范围大约是3～25m/s)。华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉2008.6.20

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第二章：风力发电基本知识3.风速等级与风速频率风力等级 0 1 2 3 4 5 6 7 8 风速（m/s） 0.0～0.2 0.3～1.5 1.6～3.3 3.4～5.4 5.5～7.9 8.0～10.7 10.8～13.8 13.9～17.1 华北电力大学电气与电子工程学院 17.2～20.7 风力等 级 9 10 11 12 13 14 15 16 刘其辉 17 风速（m/s） 20.8～24.4 24.5～28.4 28.5～32.6 32.7～36.9 37.0～41.4 41.5～46.1 46.2～50.9 51.0～56.0 56.1～61.22008.6.20

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第二章：风力发电基本知识风速频率是指一定时间内某风速时数占各风速出现 总时数的百分比。 利用风速频率分布可以计算出某一地区单位面积上 全年的风能。2008.6.20华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉

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第二章：风力发电基本知识4. 风向与风向频率z通常把风吹来的地平方向定为风的方向，在陆地上 一般用16个方位来表示不同的风向。 风频是指风向的频率，即在一定时间内某风向出现 的次数占各风向出现次数的百分比。z2008.6.20华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉

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第二章：风力发电基本知识5. 风的测量初步选定风电场之后，要进行1～2年的测风。 测风的主要目的是正确估计该地区可利用风能的大小,为装 备风力机提供风能依据。 风的测量主要包括风向测量和风速测量两项. 测风高度一般为10m、30m、50m、70m。 从测量数据中整理出每分钟（或每小时）的平均风速和最 多风向，并选取日最大风速（10min平均）和极大风速（瞬时） 以及对应的风向和出现的时间。 对影响风机出力和安全其它气象数据（如气温、空气密 度、湿度、太阳辐射、雨、冰雹、冰雪）以及特殊气象情况 华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉 2008.6.20 （如台风、雷电、沙暴、盐雾、冰冻期等）有测量和统计。

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第二章：风力发电基本知识6. 风的利用2008.6.20华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉

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第二章：风力发电基本知识（二）风力资源太阳辐射到地球的热能中有约2％被转变成风能， 全球大气中总的风能量约为1014MW。其中可被开发利用 的风能理论值约有3.5×109MW，比世界上可利用的水能 大10倍，相当于1000－10000座100万瓦量级的原子能 发电站。2008.6.20华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉

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第二章：风力发电基本知识据中国气象科学院预测，我国经济可开发 风能资源为：· · ·陆上约有2.53亿千瓦 (年电量5000亿千瓦时 ) 海上约有7.5亿千瓦 合计约10亿千瓦2008.6.20华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉

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第二章：风力发电基本知识我国风能资源可分为四大区域：东部沿海及岛屿地 区、三北（东北、华北、西北）地区、内陆局部地区 和海上风能区。我国的风能资源分布2008.6.20 华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉

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第二章：风力发电基本知识省区 内蒙 西藏 新疆 青海 黑龙江 甘肃 吉林 河北 辽宁 四川2008.6.20风能储 量 6,177.5 3,993.0 3,433.0 2,421.4 1,722.8 1,143.0 637.5 611.9 605.8 435.8风能储 省区 风能储 量 量 山东 393.6 湖北 192.7 山西 387.1 广西 168.1 河南 367.5 浙江 163.5 云南 366.6 宁夏 148.4 江西 292.9 福建 137.2 安徽 250.5 贵州 100.6 湖南 246.5 台湾 104.8 江苏 237.6 海南 64.0 陕西 234.2 广东 195.0 全国合计 25,300. 华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉 0省区

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第二章：风力发电基本知识二. 风力机的类型与原理 （一）风力机的类型1、分类方法： 按风轮轴线的方向可分为水平轴式和垂直轴式 按风轮的位置可分为上风式和下风式 按叶片的数目可分为单片式、双片式、三片式、四片 式和多片式 z按叶片的型式分为螺旋桨型、H型和S型等 按风能转换的原理可分为升力型和阻力型。按叶片与轮毂的连接分为定桨型和变桨型。 风力发电所采用的风力机，水平轴式的占绝大多 华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉 2008.6.20 数，达98％以上。

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第二章：风力发电基本知识2、水平轴风力机2008.6.20华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉

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第二章：风力发电基本知识3、垂直轴风力机 风轮轴垂直的风力机称为 垂直轴风机。这类风力透平 的形式也很多，如S型、H型、 Ф型等。 虽然目前还没有大量商品 化，但它有许多特点，如不 需要塔架、发电机可安装在 地面上、维修方便及叶片制 造方便等。2008.6.20 华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉

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第二章：风力发电基本知识（二）风力机的基本原理自然界中的风能不便于利用。为了把风能转 变成所需要的机械能、电能、热能等其他形式的 能量，人们发明了多种形式的风能转换装置，这 就是风力机。2008.6.20华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉

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第二章：风力发电基本知识如果将一块薄板放在气流中，则在沿气流方向将产生一正 面阻力FD和一垂直于气流方向的升力FL，其值分别由下式确定： FD=1/2CdρSV2 FL=1/2ClρSV2 式中：CD－阻力系数 CL－升力系数 S－ 薄板的面积 ρ－空气的密度 V － 气流速度 由作用于叶片上的阻力FD而使其转动的风轮， 称为阻力型 风轮；而由升力FL而使其转动的风轮， 称为升力型风轮。 现代风力机多采用升力型风轮。2008.6.20 华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉

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