《风力发电原理》教案(2014版).pdf

1? ? 第 1 章 绪论 ? 风力发电过程中，风轮将风能转化机械能，发电机将机械能转化电能 ? 在能量转化与传递过程中，风能的特性是决定因素 ? 自然风是一种随机的湍流运动，影响风电机组中机械设备、电气设备的稳定性，对电网 造成冲击 ? 风能是太阳能的一种表现形式 ? 风能密度高低关系到风电度电成本高低 1.1 风的形成 ? 温度不是独立参量，而是系统的几何参量、力学参数、化学参数和电磁参量的函数 ? 大气运动遵循大气动力学和热力学变化的规律。空气运动与大气压力的分布及变化 ? 静力学方程： pgdzdp ?? 1. 当 dz0 时，dp0，即气压是随高度的增加而减小的。 2. 气压随高度增加而减少的快慢主要取决于空气的密度。 3. 某一高度 z 上的气压等于从该高度直到大气上界的单位截面积空气柱的重量。这是 大气静力学气压定义。 ? 单位气压高度差（气压差）：在垂直气柱中，每改变单位气压时所对应的高度差 ? ?t pgdp dzh ? ? ????? 180001 1. 气压愈低（即温度愈高），单位气压高度差愈大 2. 温度愈高，单位气压高度差愈大 1.1.1 大气环流 ? 环流原因：日地距离和方位不同，所接受的太阳辐射强度各异 ? 科氏力：由于地球自转形成的地球偏向力的存在，这种力称为科里奥利力，简称偏向力 或科氏力。在此力作用下，在北半球使气流向右偏转，在南半球使气流向左偏转。 2? ? ? 三圈环流 3? ? 1.1.2 季风环流 1. 季风环流 季风：在一个大范围地区内，它的盛行风向或气压系统有明显的季风变化。这种在一年 内随着季节的不同，有规律转变风向的风 东北亚季风和南亚季风对我国天气气候变化都有很大影响 ? 形成季风环流的因素： ? 海陆差异：冬季，风从大陆吹向海洋；夏季，风从海洋吹向大陆 ? 行星风带的季节转换转换：5 个风带在北半球的夏季向北移动，冬季向南移动 ? 地形特征：青藏高原 ? 季风指数 ? 它是由地面冬夏盛行风向之间的夹角来表示的，当夹角在 120°-180°之间，认为是 属于季风，然后 1 月和 7 月盛行风向出现的频率相加除以 2，即 I=（f1+f2）/2 为 季风指数 I40%季风区 I=40%-60%为较明显区季风区 I60%为明显季风区。 2. 局地环流 1. 海陆风：以日为周期（湖陆风） 2. 山谷风 4? ? 1.1.3 风力等级 ? 根据风速大小来划分的。国际上采用英国人蒲福于 1805 年所拟定的，称为“蒲福风级”。 从静风到飓风共分为 13 级。1946 年以来风力等级修改，由 13 级变为 17 级。 风 级 称谓 一般描述 m/s 0 无风 calm 烟直上 0.3 1 软风 light air 仅烟能表示风向，但不能转动风标 0.3-1.5 2 轻风 slight breeze 人面感觉有风，树叶摇动，普通之风标转动 1.6-3.3 3 微风 gentle breeze 树叶及小枝摇动不息，近期飘展 3.4-5.4 4 和风 fresh breeze 尘土及碎纸被风吹扬，树分枝摇动 5.5-7.9 5 清风 strong breeze 有叶小树开始摇摆 8.0-10.7 6 强风 near gale 树木枝摇动，电线发出呼呼啸声，张伞困难 10.8-13.8 7 疾风 gale 小树枝被吹折，步行不能前进 13.9-17.1 8 大风 strong gale 建筑物有损坏，烟囱被吹倒 17.2-20.7 9 烈风 violent strom 树被风拔起，建筑物有相当破坏 20.8-24.4 10 狂风 storm 极少见，如出现必有重大灾害 24.5-28.4 11 暴风 violent storm 28.5-32.6 12 飓风 hurricane 32.7-36.9 ? 风力等级换算 505.1824.01.0 NV N ?? 56.0505.1max 5.0824.02.0 NNV N ??? 56.0824.01.0 505.1min ??? NV N 5? ? 1.1.4 风的测量 1. 测风系统 ? 风的测量包括风向测量和风速测量 ? 风向测量：风的来向 ? 风速测量：单位时间内空气在水平方向上所移动的距离 ? 组成 ? 传感器：将模拟信号转换成数字信号。包括：风速传感器、风向传感器、温度传感 器、气压传感器 ? 主机：对传感器发出的信号进行采集、计算和存储，由数据记录装置、数据读取装 置、微处理器、就地显示装