第1章 绪论
● 风力发电过程中，风轮将风能转化机械能，发电机将机械能转化电能  ● 在能量转化与传递过程中，风能的特性是决定因素
● 自然风是一种随机的湍流运动，影响风电机组中机械设备、电气设备的稳定性，对电网
造成冲击
● 风能是太阳能的一种表现形式
● 风能密度高低关系到风电度电成本高低
1.1 风的形成
● 温度不是独立参量，而是系统的几何参量、力学参数、化学参数和电磁参量的函数  ● 大气运动遵循大气动力学和热力学变化的规律。空气运动与大气压力的分布及变化  ● 静力学方程： pgdz dp -=
1. 当dz>0时，dp<0，即气压是随高度的增加而减小的。
2. 气压随高度增加而减少的快慢主要取决于空气的密度。
3. 某一高度z 上的气压等于从该高度直到大气上界的单位截面积空气柱的重量。这是
大气静力学气压定义。
● 单位气压高度差（气压差）：在垂直气柱中，每改变单位气压时所对应的高度差
()t p
g dp dz h αρ+⇒
⇒-
=18000
1 1. 气压愈低（即温度愈高），单位气压高度差愈大
2. 温度愈高，单位气压高度差愈大 1.1.1 大气环流
● 环流原因：日地距离和方位不同，所接受的太阳辐射强度各异
● 科氏力：由于地球自转形成的地球偏向力的存在，这种力称为科里奥利力，简称偏向力
或科氏力。在此力作用下，在北半球使气流向右偏转，在南半球使气流向左偏转。
三圈环流
1.1.2 季风环流
1.季风环流
季风：在一个大范围地区内，它的盛行风向或气压系统有明显的季风变化。这种在一年内随着季节的不同，有规律转变风向的风
东北亚季风和南亚季风对我国天气气候变化都有很大影响
●形成季风环流的因素：
⏹海陆差异：冬季，风从大陆吹向海洋；夏季，风从海洋吹向大陆
⏹行星风带的季节转换转换：5个风带在北半球的夏季向北移动，冬季向南移动
⏹地形特征：青藏高原
●季风指数
⏹它是由地面冬夏盛行风向之间的夹角来表示的，当夹角在120°-180°之间，认为是
属于季风，然后1月和7月盛行风向出现的频率相加除以2，即I=（f1+f2）/2为
季风指数
I>40%季风区
I=40%-60%为较明显区季风区
I>60%为明显季风区。
2.局地环流
1.海陆风：以日为周期（湖陆风）
风能发电原理2.山谷风
1.1.3 风力等级
● 根据风速大小来划分的。国际上采用英国人蒲福于1805年所拟定的，称为“蒲福风级”。
从静风到飓风共分为13级。1946年以来风力等级修改，由13级变为17级。
● 风力等级换算  505.1824.01.0N V N +=
56.0505.1max 5.0824.02.0N N V N ++=  56.0824.01.0505.1min -+=N V N
1.1.4 风的测量
1. 测风系统
⏹ 风的测量包括风向测量和风速测量  ⏹ 风向测量：风的来向
⏹ 风速测量：单位时间内空气在水平方向上所移动的距离  ● 组成
⏹ 传感器：将模拟信号转换成数字信号。包括：风速传感器、风向传感器、温度传感
器、气压传感器
⏹ 主机：对传感器发出的信号进行采集、计算和存储，由数据记录装置、数据读取装
置、微处理器、就地显示装置组成  ⏹ 数据存储装置：
⏹ 电源：提高系统工作可靠性，要求两备用电源
⏹ 安全与保护装置：要求在输入信号和主机、环境之间增设保护和隔离装置。提高数
据准确的可靠性
2. 风速测量
1. 风速计
⏹ 旋转式风速计：风杯和螺旋桨叶片，最常用的传感器是风杯
⏹ 压力式风速计：利用流体的全压力与静压力之差来测定风的动压
()()2
/12012121
⎥⎦
⎤⎢⎣⎡+=⇒+=-=c p V c V p p p ρ∆ρ∆
⏹ 散热式风速计：被加热物体的散热速率与周围空气的流速有关
⏹ 声学风速计  2. 风速记录
⏹ 机械式，电接式，电机式，光电式 3. 风速表示
⏹ 风速大小与风速计安装高度和观测时间有关  ⏹ 高度：10m
⏹ 时间：2min ，10min 和瞬时风速。风能资源计算时选用10min 平均风速
3. 风向测量
⏹ 分类：单翼型、双翼型和流线型等
⏹ 组成：尾翼、指向杆、平衡锤和旋转主轴
⏹ 传送和指示方法：电触点盘、环形电位、自整角机和光电码盘。最常用的是光电码
盘
⏹ 风向杆的安装方位指向正北