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。假设下面所示的管道代表流入和流出涡轮机叶片的风。

速度V _{a被假定为V}₁和V ₂的平均值。管口处的动能由下式给出 -

KE = 1/2 毫伏²

能量变化 KE = 1/2 mV ₁² - 1/2 mV ₂²

1/2米(V ₁² - V ₂² )

由于 m = pAV _a则 KE 发生变化，Pk = 1/2 pAV _a (V ₁² - V ₂² )

进一步简化后，估计的风能如下：

KE, pk = 0.5925 * 1/2pAV ₁³

叶片元件理论

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。叶片上的这种细分称为环面。计算每个环的动量。然后将所有结果值相加以代表叶片，从而代表整个螺旋桨。

在每个环面上，假定产生了均匀分布的速度。

引入动态流入模型以改进叶片单元和动量理论的估计。流动理论中的基本动力学概念有助于估计叶片湍流的影响。扫掠区域被赋予动态状态，以帮助推导估计平均速度。

BEM 理论仅在稳定风的情况下进行估计，但显然必须发生湍流。然而，这是由基本动态流入模型解释的，以提供更现实的估计。

所产生的风能，尤其是水平轴类型的风能，已知是叶尖速度、所使用的叶片总数以及翼型侧面的升阻比的乘积。动态流入法（DIM）可以很好地解释重新调整到新的稳态平衡。

DIM 也称为动态尾流理论，基于通常不稳定的诱导流。它计算垂直于转子的流入量，并考虑其对动态流动的影响。

这只是考虑了尾流效应或简单地考虑了由叶片转动引起的与转子垂直对齐的空气速度。然而，它假设切向速度是稳定的。这被称为尾流效应，其阻力会降低风力涡轮机的效率。

风中的动能通过风力涡轮机转化为电能。他们使用风车中使用的古老概念，并利用传感器等固有技术来检测风向。一些风力涡轮机具有制动系统，可以在强风时停止，以保护转子和叶片免受损坏。

有齿轮连接到转子轴，以将叶片加速到适合发电机的速度。在发电机内部，会发生电磁感应（将机械能转换为电能的基本方法）。该轴使圆柱形磁铁相对于电线线圈旋转。

风力发电站涡轮机产生的所有电力都被吸收到电网系统并转换为高压。这实际上是电网系统中传输电力的传统技术。

需要大的表面尖端刀片，尽管这应由宽刀片产生的噪音决定。一个风电场可能有多达 100 台发电机，这会导致更多的噪音。