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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。

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  • Betz 极限

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  • 功率曲线

    轮毂高度风速与风机电功率之间的关系,结合风速分布可估算年发电量。

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