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风中蕴含的能量周日, 2008-03-02 03:09 xieyaqian 第四章 风中蕴含的能量风电机将风的动能转化为机械能并进而转化为电能。从动能到机械能的转化是通过叶片来实现的，而从机械能到电能则是通过发电机芯来实现的。动能每个具有质量的物体（固体、液体或者气体）在运动的时候都拥有一个跟质量m和运动速度 v 的平方成正比的能量（也就是动能或者动力能）。其数学表达式如下：对于风电机来说，流经叶片转动平面的空气质量运动所携带的动能，就是被经过叶片转化成机械能的那部分动能。能量和功率功率 P 等于单位时间内的能量转化。为了计算功率，必须要将上面公式中质量m除以时间，也就是空气的dm/dt （每秒钟流经风电机叶片旋转面积的空气质量）计算出来。 空气的质量空气的质量用 m 表示。计算m 要通过空气密度 和空气的体积V：空气密度随着空气压力的增大而增大，随着温度的升高而减小： 冷空气比热空气密度大（热气球升空就是利用的这个原理）。在普通大气压力和20C 温度的条件下每立方米空气的质量是 1.204 kg ；在 -10C 的温度下，每立方米空气重 1.342 kg，比常温下重了11%。 也就是说，同样的风速同样的风电机，-10 C冷风比 20 C热风能够多产生11%的电能。单位体积的空气，密度大的比密度小的要重，也含有更多的能量。高压地区（1020hPa）的空气密度比低压地区（980hPa）的空气密度大，单位体积重量也大。体积上面公式当中的空气体积V等于叶片划过的面积A乘以风速 v。面积A正好是一个半径为r的圆，其计算方法是圆周率乘以r的平方。所以：功率综合上面三个公式，可以得出功率P的计算方法：其中P 是风电机的功率ro 是空气密度r 是叶片的旋转半径v 是风速一台2MW的风电机叶片半径在40米左右。在普通空气密度下，温度10C，风速6米/秒（= 21 km/h, 和风）的情况下，风电机的功率是780KW。在这个风速下，每秒流经风电机的空气是43吨。其中所蕴含的能量相当于一辆小型货车（2.5吨重）开90公里/小时的时候，或者一台小轿车（700公斤）开170公里/小时的时候的能量。当风速达到18米/秒（= 65 公里/小时，大风）的时候，每秒流经风电机的空气大约是130吨
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