1、-. z.風能與風功率風功率與風壓一團質量為m的空氣以速度v運動，它所具有的動能 1設一個垂直于風向的平面，面積為S，見圖1圖1 風速與截風面積單位時間通過該平面的空氣質量m為 是空氣密度 標準狀態下=1.2928kg/m3，考慮到氣溫等因素本處計算取=1.2kg/m3 ，代入1式得到風功率P： 2可見同樣面積下風功率的增加是按風速增加的三次方倍增加，例如，對于1平方米風速為5米時的風功率為75W，當風速為10米時的風功率為600W。 空氣在1秒時間里通過單位面積的動能也稱為風能密度，在此風能密度 風壓就是垂直于氣流方向的平面所受到的風的壓力，在計算風力機載荷時需要參考。風壓以單位面積上的風的

2、動壓來表示： 3可見風壓的增加是按風速增加的二次方倍增加。 根據國家標準，把風力發電機組的分為5級，按年平均風速10 m/s、8.5 m/s、7.5 m/s、6 m/s四種風速和特殊設計風速一個本處設為13 m/s，我們再增加停機風速20 m/s和起動風速3 m/s共七個風速來計算單位面積每平方米的風功率與風壓，計算所得數據填于下表： 表1 風速、風功率、風壓對照表風力發電機的效率上表的風功率是速度為v的空氣經過平面S后速度減為0所產生的功率，這是理想的情況，事實上空氣經過平面S后并沒有消失還得流走，速度不可能為0，所以說風只可能把一局部能量傳給平面S。 在風力機中風通過風輪掃掠面積時把一局部

3、動能傳給風力機，把風輪承受的風的動能與通過風輪掃掠面積的全部風的動能的比值稱為風能利用系數，根據貝茨理論，風力機的最大風能利用系數是59%，風能利用系數是衡量風力機性能的主要指標。 而實際的風力機是達不到這個理想數據的，各種形式的風輪承受風力的風能利用系數是不同的，阻力型風力機的風能利用系數較低，升力型風力機的風能利用系數較高。風力發電機組除了風輪的風能利用系數外，還有機械傳動系統效率、發電機效率等，這些效率的乘積就是風力發電機的全效率。在表2中列出了各種形式的風力發電機的全效率： 表2 風力發電機的全效率表風力發電機的掃風面積風輪旋轉掃過的面積在垂直于風向的投影面積是風力機截留風能的面積，稱

4、為風力機的掃掠面積，圖2是一個三葉片水平軸風力機的掃掠面積示意圖。圖2 水平軸風力機的掃風面積圖3是一個四葉片的H型升力垂直軸風力發電機的掃掠面積示意圖。 圖3 垂直軸風力機的掃風面積根據前面兩表可由所需發電功率估算出風力機所需的掃風面積，例如200W的升力型垂直軸風力發電機工作風速為6m/s，全效率按25%計算所需掃風面積約為6.2m2,如果工作風速為10m/s則所需掃風面積約為1.4m2即可；例如10kW的升力型垂直軸風力發電機工作風速為10m/s，全效率按30%計算所需掃風面積約為56m2,如果工作風速為13m/s則所需掃風面積約為25m2即可。按高風速設計的風力機體積小本錢相對低些，但必須用在高風速環境，例如把一臺設計風速為10m/s的風力機放在風速為6m/s的環境工作，其功率會下降80%；按風速6m/s設計的風力機風輪會很大，雖在6m/s時運行很好，但遇大風易超速損壞電機，為抗強風時需增加構造強度使本錢大大增加。 風力機的工作風速*圍選擇要適當