中國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)(已修改)
2025-07-04 05:59 本頁(yè)面
【正文】 國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)田 德 （內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)新能源技術(shù)研究所，呼和浩特 010018） 風(fēng)能是一種可再生的清潔能源。近30年來(lái)，國(guó)際上在風(fēng)能的利用方面，無(wú)論是理論研究還是應(yīng)用研究都取得了重大進(jìn)步。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日臻完善，并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)單機(jī)額定功率最大已經(jīng)到5MW，葉輪直徑達(dá)到126m。截止2005年世界裝機(jī)容量已達(dá)58,982MW，風(fēng)力發(fā)電量占全球電量的1%。中國(guó)成為亞洲風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要推動(dòng)者之一，其總裝機(jī)容量居世界第8位，2005年新增裝機(jī)容量居世界第6位。今后，國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度將明顯加快。1 引 言風(fēng)是最常見(jiàn)的自然現(xiàn)象之一，是太陽(yáng)對(duì)地球表面不均衡加熱而引起的“空氣流動(dòng)”，流動(dòng)空氣具有的動(dòng)能稱之為風(fēng)能。因此，風(fēng)能是一種廣義的太陽(yáng)能。據(jù)世界氣象組織（WMO）和中國(guó)氣象局氣象科學(xué)研究院分析，地球上可利用的風(fēng)能資源為200億kW，是地球上可利用水能的20倍。，海上可利用的風(fēng)能是陸地上的3倍，50m高度層可利用的風(fēng)能是10m高度層的2倍，風(fēng)能資源非常豐富。風(fēng)能是一種技術(shù)比較成熟、很有開發(fā)利用前景的可再生能源之一[1]。風(fēng)能的利用方式不僅有風(fēng)力發(fā)電、風(fēng)力提水，而且還有風(fēng)力致熱、風(fēng)帆助航等。因此，開發(fā)利用風(fēng)能對(duì)世界各國(guó)科技工作者具有極強(qiáng)的魅力，從而喚起了世界眾多的科學(xué)家致力于風(fēng)能利用方面的研究。在本文中，將對(duì)國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行論述。2 風(fēng)力發(fā)電基本知識(shí) 風(fēng)能的計(jì)算公式空氣運(yùn)動(dòng)具有動(dòng)能。風(fēng)能是指風(fēng)所具有的動(dòng)能。如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪的斷面積為A，則當(dāng)風(fēng)速為V的風(fēng)流經(jīng)葉輪時(shí)，單位時(shí)間風(fēng)傳遞給葉輪的風(fēng)能為 （1）其中：?jiǎn)挝粫r(shí)間質(zhì)量流量m=ρAV （2）在實(shí)際中， （3）式中：PW—每秒空氣流過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪斷面面積的風(fēng)能，即風(fēng)能功率，W；Cp—葉輪的風(fēng)能利用系數(shù)；hm—齒輪箱和傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率，—，；he—發(fā)電機(jī)效率，—；r—空氣密度，kg/m3；A—風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)一周所掃過(guò)的面積，m2；V—風(fēng)速，m/s。 貝茨（Betz）理論第一個(gè)關(guān)于風(fēng)輪的完整理論是由德國(guó)哥廷根研究所的A貝茨于1926年建立的。貝茨假定風(fēng)輪是理想的，也就是說(shuō)沒(méi)有輪轂，而葉片數(shù)是無(wú)窮多，并且對(duì)通過(guò)風(fēng)輪的氣流沒(méi)有阻力。因此這是一個(gè)純粹的能量轉(zhuǎn)換器。此外還進(jìn)一步假設(shè)氣流在整個(gè)風(fēng)輪掃掠面上的氣流是均勻的，氣流速度的方向無(wú)論在風(fēng)輪前后還是通過(guò)時(shí)都是沿著風(fēng)輪軸線的。通過(guò)分析一個(gè)放置在移動(dòng)空氣中的“理想”風(fēng)輪得出風(fēng)輪所能產(chǎn)生的最大功率為 （4）式中：Pmax—風(fēng)輪所能產(chǎn)生的最大功率；—空氣密度，kg/m3；A—風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)一周所掃過(guò)的面積，m2；V—風(fēng)速，m/s。這個(gè)表達(dá)式稱為貝茨公式。其假定條件是風(fēng)速與風(fēng)輪軸方向一致并在
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