文档介绍：第九章风能
风能基本知识
风是由太阳的热辐射在地球上引起的“空气流动”。
太阳照射地面,温度升高,气压变化,高压冷空气流向低压区,空气流动形成了风。气压差值越大,风也就越大。
赤道附近接收太阳能多,南、,且忽略地球转动作用,则赤道附近空气受热膨胀向上、流向两极;而两极的冷空气,沿地表硫向赤道。
实际上,地球转动也产生影响,在同样日照情况下,海面升温慢,陆地升温快;山谷升温慢,山脊升温快,很多复杂因素造成不同地区、不同季节里,空气的流动是变化多样的,因而风向、风速也是变化无常的。
风的形成
在一定的时间范围内,某风向出现的次数占各风向出现的总次数的百分比,称作风向频率。
风向
风向频率=
风向出现的总次数
某风向出现的次数
把一昼夜中每小时测得的风速相加,再除以24,为日平均风速
日平均风速
100%
基本概念
风速频率
相同风速出现的时数
测量总时数
风速频率=
100%
一定时间内,相同风速出现的时数占测量总时数的百分比称作风速频率
在求得平均风速的限定时间内,最大风速与最小风速之差,称为风速变幅
对风能利用来说,既希望平均风速较高,又希望风速变幅小。以保证风力机平稳运行,便于控制。
风速变幅
3~20 m/s 的风速称为有效风速。据此计算出来的风速频率和风能,分别称为有效风频和有效风能。
起动风速
可使风力机起动运行的风速称为起动风速。国内常取3m/s为起动风速
切除风速
有效风速
限制风力机超速运行的上限风速为切除风速。大于这个风速时,风力机必须停转,否则有因超速旋转而损坏的危险。国内常取20m/s为切除风速
垂直高度风速分布
由于风与地面摩擦的结果,风速随着垂直高度的增加而增大,在离地面l00m的高度范围内,垂直高度H处的风速,可按下式求得
υ——高度H处的风速;
υ。——高度Ho处的风速(气象站风速测定点高度一般为 10m,所以Ho一般为10m);
n ——地表面摩擦系数,-,n的典型数值可 查表得到或通过实验得到
υ=υ0(H/H0)n
t=8760×(π/2)·(υ/υp2) e-k
瑞利分布公式
当某—地点的年平均风速已经知道,可用瑞利分布公式求得在一年内任意风速下的小时数。瑞利分布公式为
式中:
t——一年内某一风速下的小时数;
υ——某一风速;
υp——该处年平均风速;
k = (π/4)·(υ/υp) 2
说明:,计算结果所得误差较大:
单位时间垂直穿过截面A的空气所具有的动能(单位:W),为风所具有的功率,以N表示
评价风能资源的重要参数
单位时间垂直通过1m2面积的空气所具有的动能称为风能密度,以E0表示。单位为W/m2
N = ×Aρυ3
E0 = ×ρυ3
风能密度
(1)风能与空气的密度成正比;
(2)风能与通过的面积成正比;
(3)风能与风速的立方成正比。
[W/m2]
[W]
ρ——为当地空气密度
计算某地一年内风能的大小,不能简单地用年平均风速,还要考虑风速的分布情况。年平均风速相同,而风速频率不一样时,计算出来的风能量常常相差很大。年有效风能用下式计算
有效风能
W = ×10-3×∑(t·υ3)
3
20
式中:
W—年有效风能(kW·h/m2)
——1/2空气密度(kg/m3)
υ——~20m/s之间的某一风速
t——风速υ在一年内出现的小时数
有效风能密度
我国东南沿海及一些岛屿的风能资源较好;内陆沿东北、内蒙古、甘肃至新疆一带,风能资源也比较丰富,年平均风能密度在100一200W/m2,全年有效风速累计小时达3000—6000h。
我国风能资源
年有效风能除以年有效风速的持续小时数,为有效风能密度
有效风能密度 EW = ×10-3
20
3
∑t
3
20
∑(t·υ3)
(1) 风能是可再生能源,取之不尽,用之不竭
(2) 在偏远山区、海滨、居民分散的无电或少电地区值得开发利用
(3) 开发利用风能,无环境污染与生态平衡问题
(4) 把风能转换成机械能,工艺简单,容易实现
风能资源的特点
风能资源的优点
(1) 风能随季节、昼夜变化,当小风或无风时还想利用它,则需要贮能系统
(2) 风能密度比较低,要获得较大的功率,需要把风机风轮作得很大。
(3) 风能受地形地物的影响较大,即使在同区域,有利地形处的风力往往是不利地形处的几倍乃至更多。
风能资源的缺点