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风能 - 基础理论
为了理解风能,我们遵循质量守恒定律和能量守恒定律。下图所示管道被假设为代表流入和流出涡轮叶片的风。
速度Va被假设为V1和V2的平均值。管口处的动能由下式给出:
KE = 1/2 mV2
能量变化的KE = 1/2 mV12 - 1/2 mV22
1/2 m(V12 - V22)
由于m = p.A.Va,则KE变化,Pk = 1/2 p.A.Va (V12 - V22)
进一步简化后,估计的风能为:
KE, pk = 0.5925 * 1/2pAV13
叶片单元理论
叶片单元理论假设风力涡轮机叶片给定部分的流动不会影响相邻部分。叶片上的这个细分称为环带。计算每个**环带**的动量。然后将所有结果值相加以表示叶片,从而表示整个螺旋桨。
在每个环带上,假设已感应出均匀分布的速度。
动态匹配
结合动态进流模型来改进叶片单元和动量理论的估计值。基本的动态进流理论概念有助于估计叶片湍流的影响。扫掠面积处于动态状态,有助于推导估计平均速度。
BEM理论仅在稳定风中给出估计值,但很明显会发生湍流。然而,这由基本的动态进流模型来解释,以提供更现实的估计。
风能的产生,尤其是在水平轴类型中,已知是叶尖速度、使用的叶片总数和具有翼型的侧面的升阻比的乘积。通过**动态进流法 (DIM)**可以很好地解释对新的稳态平衡的重新调整。
动态进流法
DIM也称为动态尾流理论,它基于感应流,该感应流通常不是稳定的。它计算垂直于转子的进流,同时考虑其对动态流的影响。
这简单地考虑了尾流效应,或者简单地说,是由叶片旋转引起的与转子垂直排列的空气的速度。然而,它假设切向速度是稳定的。这被称为**尾流效应**,它的阻力降低了风力涡轮机的效率。
发电
风力涡轮机将风中的动能转化为电能。它们使用风车中使用的古老概念,尽管具有固有的技术,例如传感器,以检测风向。一些风力涡轮机具有制动系统,可在强风情况下停止运转,以保护转子和叶片免受损坏。
与转子轴相连的齿轮用于将叶片的转速提高到发电机合适的转速。在发电机内部,发生电磁感应(将机械能转换为电能的基本方法)。轴旋转圆柱形磁铁与电线线圈相对。
风力发电站中所有涡轮机的电力都汇集到电网系统中,并转换为高压电。这实际上是电网系统中输电的传统技术。
需要大表面叶尖叶片,但这应取决于宽叶片产生的噪声。一个风力发电场可能有多达100个发电机,这将导致更大的噪音。