3风能开发利用技术解析ppt课件

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　　风能发电过程,10级风能吹走汽车吗,风能动力机械兽视频一、风资料的统计与计算二、风能三、风力发电机组基础理论四、其他风能利用相对于地表面的空气运动叫做风，通常指它的水平分量，以风向、风速或风力表示。形成风的直接原因，是水平气压梯度力。风受大气环流、地形、水域等不同因素的综合影响，表现形式多种多样，如季风、地方性的海陆风、山谷风、焚风等。各风向频率（包括静风）的计算用下式：式中：m——某时段内某种风向出现的次数，n——该时段内观测记录的总次数。风向频率可用风向玫瑰图来表示。一年里最频繁出现的风向称为主风向。主风向出现频率越大，风向越稳定，越有利于风力发电，风力发电机组的排布与主风向垂直最好。风速记录中有平均风速和瞬时风速。年平均风速是一年中各次观测的风速之和除以观测次数，它是最直观简单表示风能大小的指标之一。各定时风速记录和最大风速是用2分钟或10分钟平均风速表示的。极大风速是从瞬时风速中挑取的。最大风速及其风向：最大风速是从定时风速观测记录或自记记录中选取最大的风速值，其风向是该值出现时的风向记录。极大风速及其风向：极大风速是从瞬时风速记录中挑取最大的风速值，并在相应的时间挑取其风向。各级风速出现频率：风速级别的划分，可以按风力等级，也可以按风速0—2，3—5，6—8，9—11，12—14，15—16，17米秒划分。然后统计各级风速出现频数，将其除以观测总次数，则得各级风速出现频率。风级名称相应风速ms表现无风0-02零级无风炊烟上软风03-15一级软风烟稍斜轻风16-35二级轻风树叶响微风34-54三级微风树枝晃和风55-79四级和风灰尘起清劲风8-107五级清风水起波强风108-138六级强风大树摇疾风139-171七级疾风步难行大风172-207八级大风树枝折烈风208-244九级烈风烟囱毁10狂风245-284十级狂风树枝拔11暴风285-326十一级暴风陆罕见12飓风326十二级飓风浪滔天我国建设风电场时，一般要求当地在10m高处的年平均风速在6ms左右。这时，风功率密度在200～250Wm2，相当于风力发电机组满功率运行的时间在2000h～2500h，从经济分析来看是有益的。10二、风能（一）风能概念风在t时段内所具有的能量E的计算公式为：式中：ρ——空气密度，V——风速，S——空气流过的截面积，T——时间。st11（一）风能概念式中：——平均风能密度，V——对应时刻t时的风速，T——时间长度。12（一）风能概念若上式中V取有效风速（即风力机的启动风速到切断风速之间的风速），则：——有效风能密度，——有效风速出现的总时数。一般认为有效风速值为3—20米秒。从风能公式可以看出：如果风速增加1倍的线倍。因此，充分利用风能的重要前提是合理选择风力资源丰富的地区。13（二）风能计算——（年）平均风能密度；i——风速等级，一般可以按1米秒一个区间来划分风速等级；——相应的风速等级Vi的出现次数，在风速自记资料中，即该风速出现的全年累积小时数；N——观测总次数，即全年总时数。14（二）风能计算——伽玛函数，K、C——威布尔分布的两个参数。15（三）风能分布我国风能资源的分布与天气气候背景有着非常密切的关系，从我国风能资源区划图上可以看出：我国风能资源丰富和较丰富的地区主要分布在三北地区和沿海及其岛屿两个大带里。16全国年平均风功率密度分布全国有效风功率密度分布17全年风速大于3米秒的小时数分布18（三）风能分布新疆风能资源储量最高，占全国储量的1356%，青海风能资源储量较高，占全国风能储量的10%左右，甘肃省风能资源储量在西北地区排位第三位,占全国储量约45%，陕西和宁夏两省区的风能资源储量在西北地区相对较低。19三、风力发电机组基础理论（二）风力发电机组转动原理20尽管风力发电机组的形式多种多样，但一般来讲，可以按照风轮转轴与风向的位置不同分为水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组，也可以按照作用原理的不同分为升力型和阻力型。212水平轴风力发电机组和垂直抽风力发电机组水平轴风力发电机组是指风轮转轴与风向平行的风力发电机组。主要包括螺旋桨型、多翼型、荷兰型和风帆翼型等。对于水平轴风力发电机组来说，需要风轮始终保持面向风吹来的方向。有些水平轴风力发电机组的风轮在塔架的前面迎风旋转，称作上风向风力发电机组；而风轮在塔架后面的，则称为下风向风力发电机组。22垂直轴风力发电机组指的是风轮转轴与风向成直角（大多数与地面垂直）的风力发电机组，主要包括达里厄型、直线翼垂直轴型、索旺尼斯型和涡轮型等。由于垂直轴风力发电机组对于任何方向的来风都可以旋转，所以不需要迎风转向装置。23当分析物体受到风的作用力时，可以将该力分解成与风垂直和与风平行的两个分力，垂直方向成分的力称为升力，平行方向成分的力成为阻力。24主要依靠升力的作用而转动的风力发电机组称为升力型，螺旋桨型、达里厄型和直线翼垂直轴型都属于这种类型。由于有升力的作用，风轮圆周速度可以达到风速的几倍至十倍，因此多被用于风力发电之用。主要依靠阻力来转动的风力发电机组称为阻力型，主要包括多翼型、索旺尼斯型和涡轮型等。虽然该类风力发电机组不能产生比风速高许多的转速，但往往风轮转轴的输出扭矩很大，因此常常被当作用来扬水、拉磨等动力用风力发电机组使用。25（二）风力发电机组转动原理如前所述，在流体中的物体所受到的力F，可以分解为一个垂直于来流的升力分量L和一个平行于来流的阻力分量D。不同形状、不同大小的物体的升力与阻力是不同的，一般采用以下的无量纲值，升力系数CL和阻力系数CD来加以分析比较：26（二）风力发电机组转动原理——空气密度（kgm3），A——物体相对于来流的投影面积（m2），U——来流速度（ms）。27（二）风力发电机组转动原理升力系数和阻力系数大小与物体的形状、物体与来流夹角、流体雷诺数（由流图速度、运动黏性和物体代表长度给出的无量纲值）有关。另外，物体与来流所成的夹角称为迎角，升力L与阻力D的比称为升28（二）风力发电机组转动原理29（二）风力发电机组转动原理以螺旋桨型风力发电机组为例来考虑。由于升力型风力发电机组是利用升力作用来工作，所以我们希望作用在风力发电机组叶片上垂直方向的分力（升力）要大，而平行方向的分力（阻力）应尽可能要小。而螺旋桨型风力发电机组所采用的流线型叶片翼型，升阻比可以达到100倍以上。所以这就是叶片翼型采用流线型，而不是平板型的原因所在。30（二）风力发电机组转动原理螺旋桨型风力发电机组工作原理31（二）风力发电机组转动原理以索旺尼斯型风力发电机组为例来考虑。索旺尼斯型风力发电机组是将圆筒从中间纵向切开，把切开后形成的两个半圆筒相对，并在中心处拉开一段距离而形成。半圆筒的凹面与凸面都会承受来自风的力而产生阻力， 但由于各自阻力系数不同，所以风力发电机 组会按照一定方向旋转。 32 （二）风力发电机组转动原理 33 四、风能的其它利用技术 （二）风力制热34 （一）风力提水 水泵的作用是用于抽水。风力提水机时按照风力发电机组风轮和水泵之间的动力传输方 式的不同进行分类。尽管利用风力发电机组 驱动古典阿基米德水泵已经很少了，但仍有 在运行。 35 （一）风力提水 风力发电机组叶轮与往复运动的活塞泵直接对接，或者借助于齿轮箱等机械结合起 来。这是至今最为普遍的一种方式。 借助机械式回转传输结构，风力发电机组叶轮向离心泵或者螺旋泵等回转泵传送动 力。这些水泵主要用于低扬程、大流量。 36 （一）风力提水 利用风力发电机组驱动空气压缩机，其提水方式是将被压缩的空气传送到由同心管 构成的气力提升泵。使用该动力传送方式的 优点是，风力发电机组与水井分开放置。其 特征是在水井中没有活塞杆运动的部分。 37 （一）风力提水 电动提水泵是利用中小规模风力发电机组输出的电，直接连接到电动提水泵的提水 装置。在强风地方安装风力发电机组，将其 输出的电能传送到远离风力发电机组的水井， 以达到提水目的。对于电动式深井泵来说， 还能从长轴深井泵里提取机械式活塞泵达不 到的大容量水。 38 （二）风力制热 在北半球，通常夏季太阳能很强，冬季风能很强。在地里位置上越向北风能越大，越向 南风能越小。这种情况适合于全球，也就是 说，地球上的地理位置纬度越高风越强。众 所周知，冬季的季节风很强。纬度越高，在 寒冷地区的冬季风越强，为此人们也就需要 暖气或者加温等热能源的设备。那么把冬季 的风能转变成热能来利用就是最好的办法。 39 （二）风力制热 风能转换成热能还有一个优点。根据热力学第二定律，就像其他形式的能转变成热能一 样，其效率达到100%，转化效率非常高。 即风能转换成热能的两个优点是能量易存储 和能量转化损失小。 40 （二）风力制热