风力发电简单原理

第三讲风力的简单原理，夜门的意义，第一，风的起源和特性1，风的起源风是最熟悉的自然现象。要理解风的形成，就必须了解围绕地球的大气的运动。大气的流动也像水流一样从压力高度向下流动。这就是太阳能产生大气压力差异的原因。地球的自转轴和围绕太阳的公转轴之间的角度在66.5之间，所以对于地球上的其他地方，太阳光的角度不同，在同一个地方，1年365天这个角度也发生了变化。地球上某个地方接收的太阳辐射能量就在这个点与太阳辐射角的正弦成正比。地球南北两极的太阳辐射能量少，所以温度低，气压高。赤道发热，温度高，气压低。另外，地球每24小时绕自己的轴旋转一次，气温和气压就会变成昼夜。这样，随着地球表面各处的温度、气压的变化，气流从压力高度向压力下移动，热量从热带向两极传递，从而产生不同方向的风，并伴随着不同的天气变化。海洋的洋流也起着类似的作用。从地球尺度上看，大气的气流是巨大的能量传输介质，地球的自转进一步促进了大气中半永久性行星尺度循环的形成。下图显示了地球占优势的运动方向。风的变化风向和风速是描述风的两个重要参数。风向是指风吹的方向，如果风从北方吹来，就叫北风。风速表示风移动的速度，即每小时气流经过的距离。显然风向和风速的两个参数都在变化。(1)随时间变化的风日变化，季节变化等随时间变化的风。一般一天中风的强弱在某种程度上可以看作是周期性的。晚上风弱，白天风强。高空相反，夜间风大，白天风弱。此反转的临界高度约为100150m。下图是日本川口国际广播的电波塔测量的不同高度的一天风速变化。由于季节的变化，太阳和地球的相对位置也发生了变化，地球上存在季节性温差。所以风向和风的强度也是季节性的。我国大部分地区风的季节变化是春天最强，冬天之后，夏天最弱。当然，沿海温州市、夏季季风最强、春季季风最弱等部分地区也有例外。(2)根据风的高度变化，从空气运动的角度来看，一般将不同高度的大气分为三个区域(见下图)。地面2米以内的区域称为地面。2-100m的区域称为底部摩擦层，这两个区域称为地面区域层。从100-1000m开始的分段称为上摩擦层，上述三个区域始终称为摩擦层。摩擦层上面有自由大气。大气的构成图，地面水平的气流受涡流、粘性及地面植物和建筑物等的影响，风向基本上是恒定的，但是越往高处走，风速就越大。在城市、农村、海边平地等多种地面情况下，风速随高度变化，如下图所示。不同地面的风速和高度的关系。有很多关于风速随高度变化的经验公式，通常称为指数公式，即表达式中的v是从地面高度到h的风速，m/s；V1高度是hi中的风速，m/s；N根据大气的稳定性和地面粗糙度，值约为1/2到1/8的经验指数。(3)风的随机性变化利用自动记录仪记录风速，可以发现风速在不断变化，一般是指波动部分的平均风速。一般自然风是平均风速与瞬间剧烈波动的湍流一致的风。扰动气流引起的瞬时峰值风速也称为阵风风速。下图说明了阵风与平均风速的关系。阵风和平均风向速度a风的幅度；b风的形成时间；c风的最大偏移；d一阵风消失的时间。风条件曲线风条件曲线是风能利用的基本数据。全年(8760h)的风速以v (m/s)以上横坐标为单位，纵坐标为风速v(见下图)，通过风条件曲线可以知道该地区的哪些风速超过几小时，因此制定了相应的风力利用计划。日本四郎崎等地区的风风事件曲线，风能特性风能与其他能源相比有明显的优势和局限性。风力有四个主要优点和三个主要弱点。四个主要优点是：可以播放；广泛分布。没有污染。三大弱点是：1，密度低。这是风能的重要缺陷。风力来自气流，空气的密度很小，因此风力的能量密度也很小，只有水力的1/816。各种能源中风力的含量很低，其利用有些困难。2，不稳定。气流瞬息万变，风的脉搏、日变化、季节变化、年际变化都很明显，波动很大，很不稳定。3、地区差异很大。受地形影响，风的地区差异很明显。有利地形的风往往是不利地形的几倍或几十倍。风力涡轮机简介风力涡轮机，也称为风车，是将风力转换为机械能、电能或热能的能量转换装置。风力发电机的种类很多，一般分为水平轴风力发电机、垂直轴风力发电机和特殊风力发电机三类。最广泛使用的是前两种类型的风力涡轮机。1，水平轴风力机水平轴风力涡轮机是目前国内外最常见的风力涡轮机之一。下图显示了当前使用最广泛的各种风向式水平轴风力发电机的示意图。各种风向水平轴风力机图a)单叶片；(b)双刀片；(c) 3刀片；(d)美国农场多叶风车；(g)车轮多叶片风车；(f)风向；(g)背风的风格；(h)空心差压；(I)川凡翼；(j)多个转子；(k)反转叶片，2，垂直轴风力发电机叶轮的旋转与风向无关，因此不必像水平轴风力涡轮机那样使用风向装置，但输出功率通常比水平轴风力涡轮机小。下图是各种垂直轴风力发电机的示意图。风力发电机的效率主要取决于风力发电机效率、传动效率、储能效率。发电机和其他工作设备的效率。图1各种垂直轴风力发电机图(a)地轴风扇(电阻类型)；(b)坚固的轴风扇(升程类型)1-s类型；2-多刀片类型；3-开放样式s类型；4-声誉；5-中型桥语；6-型达利语；7-转子，3，风力发电是什么，人类社会发展的历史与能源的开发利用水平密切相关，每种新能源的开发使人类经济的发展向前迈进了一步。我们进入21世纪的现在，世界能源结构也从矿物能源系统向基于可再生能源的可持续能源系统进行了一次大转变。可再生能源是无穷无尽、无穷无尽、与人类共存的能源。包括太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能源等。在这许多可再生能源中，目前增长最快、商业化，最经济、最合适，风力发电的时候。什么是风力发电1。原理风力的原理很简单。最简单的风力发电机可由叶轮和发电机组成，如下图所示。气流的动能作用于叶轮，将动能转化为机械能，促进叶轮旋转。把叶轮的轴连接到发电机轴上，发电机就通电了。孩子们玩的纸风车是风力发电机的原型，在轴上安装很细微的发电机就能发电。说明风力的原理。风力原理那么简单，为什么到20世纪中后期才能应用呢？第一，常规发展也能满足需求，社会生产力水平不够高。也不能考虑减少环境污染，解决边远地区的供电问题；第二，并网风电机组的设计和制造只有现代高科技的出现才能实现。20世纪初不能制造现代风力发电机。那么，现代风力涡轮机是怎样的呢？下面介绍现代风扇的结构和技术特点。2 .现代风扇图上显示的风力涡轮机有时没有电，电压和频率不稳定，没有实际应用价值。一阵狂风吹来，风轮转得更快，系统就会吹走。为了解决这些问题，现代风扇添加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、制动系统、控制系统等，如下图所示。现代风力发电机系统示意图，齿轮箱可以将极低的风力涡轮机速度(600千瓦的风扇通常为27转/分钟)转换为极高的发电机速度(通常为1500转/分钟)。易于控制发电机，可以获得稳定的频率和电压输出。该系统可以使风力发电机扫掠区域始终与主风向垂直。600千瓦的风扇舱总重量超过20吨，因此，任何时候将这种系统与主风向匹配也有相当的技术困难。风扇有很多旋转部件。已经机舱在水平面上旋转，随时跟风。风轮沿水平轴旋转以产生动力。对于螺旋桨瞬时风扇，构成风轮的叶片必须围绕根的中心轴旋转，以适应其他风条件。关机时，为了形成阻尼，必须扔刀片末端。液压系统用于调节叶片桨力矩、阻尼、停机、制动等。一般来说，12级飓风只有32.7-36.9米/秒。风扇的控制系统在这样恶劣的条件下，根据风速和风向控制系统，在稳定的电压和频率下工作，自动与系统联系和脱轨。而且，监视变速箱、发电机的运行温度、液压系统的油压，并警报发生的所有异常，必要时自动停止运行。3、风力发电现代大型风力发电机，单容量一般为600-1000千瓦。目前国际上开发的超大型风力涡轮机的单个气量也只有6MW。大型发电园区的容量还很小。所以我们通常把十几台或几十台风力发电机组成一个风力发电园区。这样就配置了强大的电源系统，易于管理，可以进行远程监控。此外，还可以降低安装、操作和维护成本。下图是山东长岛风