風(fēng)輪尺寸與額定風(fēng)速

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的切入風(fēng)速與額定風(fēng)速表

這是早些年的規(guī)定，近些年常用年平均風(fēng)速來(lái)確定額定風(fēng)速（有關(guān)年平均風(fēng)速見(jiàn)相關(guān)詞語(yǔ)定義），根據(jù)國(guó)外的統(tǒng)計(jì)資料，在降低制造成本的前提下以年平均風(fēng)速來(lái)計(jì)算額定風(fēng)速，對(duì)于可變槳風(fēng)力機(jī)的額定風(fēng)速為年平均風(fēng)速的1.67至1.77倍；對(duì)于失速型風(fēng)力機(jī)的額定風(fēng)速為年平均風(fēng)速的2倍以上。按此計(jì)算出的額定風(fēng)速比上表的數(shù)值要高，針對(duì)大型水平軸風(fēng)力機(jī)或許更合適些。我們覺(jué)得對(duì)于風(fēng)速變化不太大的環(huán)境與具有良好安全性能的可變槳風(fēng)力機(jī)可適當(dāng)減小這個(gè)比例，以降低成本。

但許多微型小型風(fēng)力機(jī)既不能變槳又無(wú)自動(dòng)安全保護(hù)功能，為適應(yīng)寬的風(fēng)速變化范圍在大風(fēng)時(shí)不燒毀發(fā)電機(jī)，不得不把額定風(fēng)速定得比較高，額定風(fēng)速為年平均風(fēng)速的2倍以上。多以13m/s或更高作為額定風(fēng)速。額定風(fēng)速13m/s的風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)速為6m/s運(yùn)行時(shí)，其功率僅為額定功率的10%，對(duì)于大部分時(shí)間工作在6m/s風(fēng)速下確實(shí)是浪費(fèi)。

我國(guó)內(nèi)地平原地區(qū)年平均風(fēng)速較低，若大風(fēng)很少的話(huà)可降低額定風(fēng)速，但要有一定的防護(hù)措施以防萬(wàn)一。靠沿海地區(qū)平均風(fēng)速高一些，但沿海地區(qū)會(huì)有強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，必須加強(qiáng)風(fēng)力機(jī)的抗強(qiáng)風(fēng)能力。

除了額定風(fēng)速外，風(fēng)力機(jī)還有切出風(fēng)速、停機(jī)風(fēng)速、安全風(fēng)速等風(fēng)速指標(biāo)以及發(fā)電機(jī)組的工作范圍，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)都有規(guī)定，下面附上GB/T 19068.1-2003《離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)條件》部分有關(guān)內(nèi)容：

3.3 性能要求

3.3.1 機(jī)組的切人風(fēng)速和額定風(fēng)速應(yīng)符合GB/T 13981-1992中6.1.1的規(guī)定。

3.3.2 機(jī)組在額定工況下，其輸出應(yīng)不小于額定功率。

3.3.3 機(jī)組的切出風(fēng)速應(yīng)不小于17 m/s,

3.3.4 機(jī)組的停機(jī)風(fēng)速應(yīng)不小于18 m/s,

3.3.5 機(jī)組的安全風(fēng)速應(yīng)不小于50 m/s,

3.3.6 機(jī)組的最大工作轉(zhuǎn)速應(yīng)符合以下要求: 額定功率小于或等于1kW，應(yīng)不大于額定轉(zhuǎn)速的150%;額定功率大于1kW，應(yīng)不大于額定轉(zhuǎn)速的125%.

3.3.7 機(jī)組的安全防護(hù)系統(tǒng)應(yīng)保證機(jī)組運(yùn)行時(shí)不超過(guò)最大工作轉(zhuǎn)速，且在停機(jī)風(fēng)速下能自動(dòng)或人工停機(jī)。

3.3.8 機(jī)組在所允許的工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，其最大輸出功率應(yīng)不大于1.5倍的額定功率。

下面我們?cè)嚺e一個(gè)例子，計(jì)算一個(gè)能在年平均風(fēng)速（6m/s）下必須輸出500W的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪掃掠面積與發(fā)電機(jī)的額定功率，這是一個(gè)三葉片的H型升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪（見(jiàn)下圖）

升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)掃掠面積

風(fēng)輪掃掠面積S為

下面來(lái)確定該風(fēng)力機(jī)的額定功率以選擇發(fā)電機(jī)的額定功率，首先確定額定風(fēng)速為13m/s，計(jì)算出通過(guò)風(fēng)力機(jī)的總功率，

?風(fēng)力機(jī)的效率按35%計(jì)算出風(fēng)力機(jī)的額定功率為5906W,選擇額定功率為5kW的發(fā)電機(jī)較合適。這只是概念設(shè)計(jì)，是理想的數(shù)據(jù)，實(shí)際上風(fēng)力機(jī)在不同風(fēng)速時(shí)的葉尖速比也不同，在高風(fēng)速與低風(fēng)速時(shí)效率都會(huì)低。

簡(jiǎn)單說(shuō)上面結(jié)果是：額定功率為5kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，風(fēng)輪掃掠面積約13平方米，在年平均風(fēng)速（6m/s）下的發(fā)電功率為500W。實(shí)際上的發(fā)電功率還會(huì)小些，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)的效率較低。不過(guò)還是有很多時(shí)候風(fēng)力會(huì)大于平均風(fēng)速，發(fā)電機(jī)會(huì)輸出1kW或2kW以上的電力。

也被稱(chēng)為最小發(fā)電風(fēng)速，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13981-1992中6.1.1條中規(guī)定小型風(fēng)力機(jī)的切入風(fēng)速是3.5m/s。有些廠商為了追求能在微風(fēng)時(shí)也能發(fā)電，在結(jié)構(gòu)與風(fēng)葉設(shè)計(jì)上下功夫也能做到在1m/s風(fēng)速時(shí)發(fā)出電來(lái)，這樣的風(fēng)力機(jī)很輕巧靈活；但要使該風(fēng)力機(jī)在切出風(fēng)速17 m/s時(shí)也能正常工作還要能抗安全風(fēng)速，必須結(jié)實(shí)牢固，電機(jī)還要能適應(yīng)很大的速度變化范圍，這又要在結(jié)構(gòu)與風(fēng)葉設(shè)計(jì)上下功夫，系統(tǒng)也會(huì)復(fù)雜，勢(shì)必增加成本，是否經(jīng)濟(jì)合算要慎重考慮。我們覺(jué)得還是選3m/s左右較合適。

切入風(fēng)速?? 風(fēng)力機(jī)對(duì)額定負(fù)載開(kāi)始有功率輸出時(shí)的最小風(fēng)速。?

額定風(fēng)速?? 設(shè)計(jì)與制造部門(mén)給出的使機(jī)組達(dá)到規(guī)定輸出功率的最低風(fēng)速。

切出風(fēng)速?? 由于調(diào)節(jié)器作用，使風(fēng)力機(jī)對(duì)額定負(fù)載停止功率輸出時(shí)的風(fēng)速。

停車(chē)風(fēng)速?? 控制系統(tǒng)使風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)的最小風(fēng)速。??

安全風(fēng)速?? 風(fēng)力機(jī)在人工或自動(dòng)保護(hù)時(shí)不致破壞的最大允許風(fēng)速。

額定轉(zhuǎn)速?? 空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，對(duì)應(yīng)于機(jī)組額定風(fēng)速時(shí)的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。

額定功率?? 空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，對(duì)應(yīng)于機(jī)組額定風(fēng)速時(shí)的輸出功率值。

平均風(fēng)速?? 給定時(shí)間內(nèi)瞬時(shí)風(fēng)速的平均值，給定時(shí)間從幾秒到數(shù)年不等。

年平均風(fēng)速? 按照年平均的定義確定的平均風(fēng)速。通常以年平均風(fēng)速來(lái)衡量所在地區(qū)的風(fēng)能大小。

年平均風(fēng)速的測(cè)量方法??? 年平均風(fēng)速就是全年逐小時(shí)風(fēng)速的平均值，測(cè)量方法為觀測(cè)高度距離地面10m，采用自動(dòng)記錄風(fēng)速儀，每秒采樣一次，連續(xù)測(cè)量10min計(jì)算出平均值。以正點(diǎn)前10 min測(cè)量的風(fēng)速平均值代表這一個(gè)小時(shí)的平均風(fēng)速，年平均風(fēng)速是全年逐小時(shí)風(fēng)速的平均值。對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)測(cè)量可按風(fēng)力機(jī)輪轂高度來(lái)測(cè)量平均風(fēng)速，例如距離地面50m、60m等。一般來(lái)說(shuō)年平均風(fēng)速大于6m/s的地區(qū)建風(fēng)電場(chǎng)才可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。