風(fēng)力機(jī)的特性系致

1、風(fēng)力機(jī)的特性系數(shù)風(fēng)力機(jī)的特性系數(shù)一、風(fēng)能利用系數(shù)一、風(fēng)能利用系數(shù)Cp風(fēng)力機(jī)從自然風(fēng)能中吸取能量的大小程度用風(fēng)能利用系用風(fēng)力機(jī)從自然風(fēng)能中吸取能量的大小程度用風(fēng)能利用系用Cp表示表示二、葉尖速比 為了表爾風(fēng)輪運(yùn)行速度的快慢，用葉片的葉尖圓周速度與風(fēng)速之比來(lái)衡量，稱為葉尖速比VRVRn2三、實(shí)度 風(fēng)輪的葉片面積與風(fēng)輪的掃風(fēng)面積之比稱為實(shí)度。它也是描述風(fēng)力機(jī)特性的重要特征數(shù) 風(fēng)輪的實(shí)度 是與其葉尖速比相聯(lián)系的，不同風(fēng)輪的 值與的關(guān)系見(jiàn)圖。裝置負(fù)荷量的估算 設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電裝置時(shí)，首先應(yīng)了解各種電器的功率和用電時(shí)間如果是用于提水，則需要計(jì)算提水所需要消耗的機(jī)械能，才能確定風(fēng)力機(jī)的額定負(fù)荷和尺寸，現(xiàn)分述如下

2、。 一、電負(fù)荷的推算 在進(jìn)行電負(fù)荷計(jì)算時(shí)，需要了解所用電器的耗電量和使用的時(shí)間。 準(zhǔn)確的估算辦法是四出每日的電能消耗圖，再按月進(jìn)行匯總以家用電器為例，可畫(huà)出如圖329所爾的圖形。 或者參照表32進(jìn)行估算二、機(jī)械負(fù)荷估算 機(jī)械負(fù)荷是指將風(fēng)動(dòng)力裝置直接用于提水、谷物加工或壓縮空氣時(shí)所需要帶動(dòng)的負(fù)荷?，F(xiàn)以風(fēng)力提水為例討論如下。 (一)圖為一典型的風(fēng)力提水裝置，為了確定所需要的機(jī)械負(fù)荷大小，首先要知道水井的深度H1和水棺的高度H2 1如果井水面與貯水槽之間有較長(zhǎng)的管道，則管內(nèi)的水頭損失不能忽略，這部分損失使水泵的負(fù)荷增大。 水頭損失水頭損失系數(shù)管道全長(zhǎng)，m 2上式末計(jì)及管接頭的水頭損失如果管道很長(zhǎng)，而

3、接頭損失影響不大，可以忽略。 (二)水泵所需的功率 設(shè)揚(yáng)水量為Q(Lmin)、揚(yáng)程為H(m)，則揚(yáng)水所需功率為QHQHp163. 0601021000pskWQHQHp22. 060751000 (三)如果需要估算能量的總耗量，必須知道每日或每月的用水量。 這時(shí)，如果采用功率P05Ps額定流量Q40Lmin的水泵，則這臺(tái)風(fēng)力提水機(jī)每月需運(yùn)行的時(shí)間為：輸出功率與風(fēng)能的關(guān)系 一、裝置的總效率 為了求得風(fēng)能裝置的總體尺寸，除了考慮風(fēng)力機(jī)本身的轉(zhuǎn)換效率以外，還得考慮風(fēng)力機(jī)的其他損失，如傳動(dòng)機(jī)構(gòu)損失、發(fā)電機(jī)損失、泵損失等。 以風(fēng)力發(fā)電裝置為例，右取風(fēng)力機(jī)效率為70，傳功效率和發(fā)電機(jī)效率為80，因理想風(fēng)力

4、機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)為593，所以裝置的風(fēng)能利用系數(shù)為 二、工作風(fēng)速與輸出功率的關(guān)系 起動(dòng)風(fēng)速，停車風(fēng)速，額定風(fēng)速 1如果增大發(fā)電機(jī)的容量(額定功率)，可以更有效地利用含能量大的高風(fēng)速； 2如果提高風(fēng)力機(jī)的工作風(fēng)速，在轉(zhuǎn)速變化情況下，功率按速度的三次方增加，但額定功率般受發(fā)電機(jī)容量的限制不能增大； 3為使供電頻率穩(wěn)定和出于防振技術(shù)方面的原因，風(fēng)力機(jī)應(yīng)盡可能以穩(wěn)定的或變化很小的轉(zhuǎn)速工作所以風(fēng)力機(jī)就不可能在任何風(fēng)速下部以最佳的功率系數(shù)和葉尖速比工作，在固定的額定的速下，CP值不再與有關(guān)，而是僅取決廣風(fēng)速v 一般風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率有兩個(gè)明顯的相反趨勢(shì)；一方面，氣流中所含的動(dòng)能以風(fēng)速的三次方增大，另一方面功

5、率系數(shù)Cp在開(kāi)始階段隨風(fēng)速增大而增大，至于額定風(fēng)速的某風(fēng)速值時(shí)達(dá)到最大值，之后便開(kāi)始減小。 4額定風(fēng)速Vnom的選擇直接影響風(fēng)力機(jī)的年能量輸出，現(xiàn)舉一例加以說(shuō)明： 圖336是兩種1000w風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率曲線。發(fā)電機(jī)A的啟動(dòng)風(fēng)速是3.5m/s，額定風(fēng)速是8m/s。發(fā)電機(jī)B的啟動(dòng)風(fēng)速是4.5m/s，額定風(fēng)速是12ms。出此可知，風(fēng)車A的直徑應(yīng)比B大 設(shè)某地一個(gè)月的風(fēng)況曲線如圖337所示。如果把一個(gè)月720小時(shí)每隔20小時(shí)分為一格，則利用每格對(duì)應(yīng)的風(fēng)速關(guān)系和圖336，可以方便的計(jì)算出發(fā)電機(jī)的輸出功率，如表34所示 由上表可知，從發(fā)電機(jī)A得到的電能為228kWh/月，從B得到的是82kwh/月。 從

6、低額定風(fēng)速的風(fēng)機(jī)獲得較大的能量，勢(shì)必要加大葉輪直徑，這往往導(dǎo)致每千瓦成本隨額定風(fēng)速的降低而增加所以應(yīng)找出風(fēng)速持續(xù)曲線與額定風(fēng)速兩者的最佳匹配點(diǎn)。 如果確定了風(fēng)機(jī)安裝場(chǎng)所，則風(fēng)速持續(xù)曲線可以確定，從而可求出各種風(fēng)速下全年所能發(fā)出的電力，根據(jù)成本核算等綜合考慮，即可求出發(fā)電機(jī)的容量與額定風(fēng)速的最佳值。 對(duì)于在牧區(qū)使用的微型風(fēng)機(jī)，還需要注意全年的總用電時(shí)間與額定風(fēng)速下的吹刮時(shí)間是否基本吻合，以使蓄電池的配套容量降至最小風(fēng)力機(jī)的總體性能和匹配特性 一、風(fēng)力機(jī)的Cp曲線對(duì)總體性能的影響 下圖338是兩種小型風(fēng)力機(jī)的Cp對(duì)比曲線。其中虛線的效率峰值比實(shí)線的高，但實(shí)線分布寬而平綏，所以葉尖速比陣風(fēng)響應(yīng)的變化

7、對(duì)風(fēng)輪Cp值的影響，實(shí)線比虛線小得多由于風(fēng)輪陣風(fēng)影響后的平均轉(zhuǎn)速效應(yīng)，因而對(duì)于平緩的CP曲線，即使其峰值稍低，也比陡宜曲線理想。 長(zhǎng)期的實(shí)踐證明，運(yùn)行效率曲線寬而平緩的風(fēng)機(jī),其輸出功率較高。 二、風(fēng)力機(jī)的Cp曲線與給定風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)能分布曲線的適應(yīng)問(wèn)題 下圖339表示A，B兩種風(fēng)力機(jī)，A的匹配不良，B則匹配良好。用戶在選擇機(jī)型時(shí)應(yīng)注意這一點(diǎn)，以免風(fēng)力機(jī)長(zhǎng)期處于低效率下運(yùn)行。 三、風(fēng)力機(jī)的能量轉(zhuǎn)換特性 風(fēng)力機(jī)把風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，隨著風(fēng)力機(jī)型式的不同，有著不同的轉(zhuǎn)換效率和特性現(xiàn)討論風(fēng)力機(jī)型式給定后，在其最高轉(zhuǎn)換效率條件下的扭矩轉(zhuǎn)速特性和功率轉(zhuǎn)速特性 以S型風(fēng)力機(jī)為例，設(shè)其半徑R=1m，高H3m，Cp0.

8、15，0.76，則在保證最高轉(zhuǎn)換效率條件下，可列出表35 前面曾介紹過(guò)，與最大轉(zhuǎn)換效率對(duì)應(yīng)的葉尖速比由風(fēng)力機(jī)型式而定，所以風(fēng)速變化時(shí)，風(fēng)速與轉(zhuǎn)速之比不變 所以，為使風(fēng)力機(jī)在各種風(fēng)速下都處于最大效率運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)將負(fù)載扭矩按轉(zhuǎn)速的平方比例關(guān)系增減 同理，負(fù)載功率應(yīng)按轉(zhuǎn)速三次方的比例關(guān)系增減 其中負(fù)載扭矩、分別與轉(zhuǎn)速的2次方、1次方和0次方成比例變化； 負(fù)載功率、分別與轉(zhuǎn)速的3次方、2次方和1次方成比例。 圖340表示負(fù)載扭矩和功率與風(fēng)速和風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系 可以看出，在負(fù)載功率I的情況下，無(wú)論哪種風(fēng)速均能得到最高的功率輸出。 如果采用負(fù)載特性的變化規(guī)律，則負(fù)線的相對(duì)值隨風(fēng)速的增加而變小。當(dāng)風(fēng)這為75

9、m/s時(shí)，其負(fù)載下降較多，僅能索取風(fēng)力機(jī)最大功率的79 在負(fù)載特性的情況下，這種傾向更為強(qiáng)烈，風(fēng)速為75m/s時(shí)，索取的輸出功率不超過(guò)最大功率的24。 綜上所述，風(fēng)力機(jī)特性與負(fù)載特性之間存在一個(gè)合理匹配問(wèn)題l 為使風(fēng)力機(jī)能在低風(fēng)速至高風(fēng)速之間較寬廣的區(qū)域內(nèi)保持高效率運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)盡量使負(fù)載扭矩與轉(zhuǎn)速的2次方成比例，或使負(fù)載功率與轉(zhuǎn)速的3次方成比例l例如，希望與水泵、空氣壓縮機(jī)和攪拌機(jī)等貯能裝置配合，采用適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)速比，可使風(fēng)輪與負(fù)荷達(dá)到理想的匹配。l在小型風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)中。通常采用降低速比實(shí)現(xiàn)負(fù)荷匹配，以便匹配的不良效應(yīng)趨于最小，但對(duì)于交流發(fā)電機(jī)，一定量的不匹配是很可能發(fā)生的。風(fēng)能的轉(zhuǎn)換和貯能系統(tǒng) （一）裝置分類及其特點(diǎn)利用風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，用于揚(yáng)水和谷物加工等從風(fēng)能利用的角度看，這類裝置的總效率多半是低的 (二)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能是最一般的利用方法因受電池容量的限制，部分風(fēng)能將不能貯存起來(lái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的扭炬轉(zhuǎn)速特性一般也是遠(yuǎn)離前述的2次方曲線的，加上發(fā)電機(jī)的損耗，其總效率一般也很低。 (三)把風(fēng)能直接變?yōu)闊崮苡蔁崃W(xué)知，機(jī)械能變?yōu)闊崮軙r(shí)，理論上可得到100的效率但這種裝置的總效率取決于風(fēng)力機(jī)效率，如果風(fēng)力機(jī)效率不高，則裝置的總效率受影響。不過(guò)在使用油壓泵壓縮機(jī)、攪拌機(jī)等裝置的情況下，由于這些機(jī)器的負(fù)載扭矩有與轉(zhuǎn)速的2次方成比例的特