术语表 · 风电
扫风面积
风机叶片旋转形成的圆面积;风机功率与它成正比,它随风轮直径的平方增长。
扫风面积是风机最重要的尺寸参数,因为风中可利用的功率与它成正比:
A = π D² / 4 P = ½ ρ A v³ Cp
风轮直径翻倍,扫风面积就变成四倍,同样风速下捕获的能量也是四倍。这种平方关系解释了风轮为什么长得这么快:
- 1990 年代的风机,风轮 40 m:约 1,260 m²
- 2020 年代中期的典型陆上风机,风轮 150–170 m:17,700–22,700 m²
- 大型海上风机,风轮 220–260 m:38,000–53,000 m²,比七个足球场还大
额定功率与扫风面积之比叫比功率(W/m²)。低风速陆上机型在 200–300 W/m²,高风速和海上机型在 300–450 W/m²。比功率越低,额定风速越低,容量系数越高。
叶片质量比扫风面积增长得快(现代设计大约与 D 的 2.3–2.6 次方成正比,理论上是三次方),所以叶片超过 120 m 后,碳纤维主梁帽、分段叶片和运输物流都成了制约因素。同样的概念也适用于潮流能水轮机,海水密度约 1,025 kg/m³,小得多的风轮也能用。