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术语表 · 风电

叶尖速比

风机叶尖线速度与未受扰动风速之比;三叶片公用事业风机的设计值约为 7–10。

叶尖速比(TSR,符号 λ)是风轮最重要的无量纲运行参数:

λ = ω R / v

其中 ω 是风轮角速度(rad/s),R 是叶片长度,v 是自由来流风速。每种风轮设计都有一个让功率系数 Cp 达到峰值的 TSR:转得太慢,风从叶片间隙穿过,白白流走;转得太快,叶片就像一块实心圆盘,气流会绕开。

典型最佳值:

  • 三叶片大型风机:λ ≈ 7–10
  • 两叶片风轮:λ ≈ 9–12
  • 多叶片提水风车:λ ≈ 1–2,扭矩大但 Cp 低
  • 潮流能水轮机:λ ≈ 4–6,受空化限制

变速风机在额定风速以下调节发电机扭矩,跟踪最佳 TSR。超过额定风速后,控制器借助变桨控制有意偏离最佳值。

实际的上限是叶尖速度本身。陆上风机出于噪声考虑,叶尖速度通常限制在 75–90 m/s,因为气动噪声随叶尖速度急剧上升;海上风机可达 90–105 m/s,主要受雨滴冲击造成的前缘侵蚀限制。直径 230 m 的海上风轮,叶尖速度 100 m/s 时每分钟只转约 8 圈。

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  • Betz 极限

    开放式风轮从风中能提取的动能理论上限:16/27,约 59.3%。

  • 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。

  • 变桨控制

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  • 扫风面积

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