风力发电原理

    风力涡轮机从风能中获取能量的能力是下面三个因素的函数：

   1)可获得的风能；

   2)机器的能量曲线；

   3)机器对风力扰动的响应能力。

    风力涡轮机产生的机械功率(W)为

   Pm=0.5ρCpAV³

    式中，叶片端速度λ=rωA/U；ρ为空气密度(kg/m³)；Cp为功率系数：A为风力涡轮机转子的掠过面积(m²)：V为风速(m/s)。从风获得的功率是风速的三次方。需要功率系数Cp和λ的曲线来由λ推断当前时刻Cp的值。

    如果让C成为转子倾斜角的合理函数，则带有倾斜机制的可变速度涡轮机就可以改变有效转子动态效率。典型风力涡轮机的功率风速函数曲线如图8-24所示。

   150kW主风机的Cp-λ曲线如图8-25所示，该曲线由机器的功率曲线获得。

    图8-24    风力涡轮机功率-风速函数曲线

    图8-25    风力机的Cp-λ曲线

    轴功率与从风中可获得功率之比即转换效率，定义为功率系数Cp

    功率系数是涡轮机涡流叶片端速度与风速之比β的函数。端速比为1意味着叶片端部的移动速度和风速一样，而β为2意味着端速是风速的2倍，依此类推。σ定义为所有叶片宽度之和与转子周长之比，即

    σ=Nd/(2πR)

    式中，N为叶片数量；d为叶片宽度。

    如果叶片扫过面积加倍则风力涡轮机功率加倍。但风速加倍则意味着功率输出成为原来的8倍。图8-26给出了风力涡轮机的功率曲线族。如果不同风速下控制涡轮机都工作在最大功率位置，会导致风能系统更为有效。

    图8-26    轴功率与轴速度曲线

（作者稿费要求：需要高清无水印文章的读者3元每篇，请联系客服，谢谢！在线客服：）