第1章-工程绪论及第1章 -答案

风力发电技术与风电场工程

绪论答案

1.在我国还常把能源分为常规能源和新能源两大类，这里新能源的含

义，是指除常规化石能源和大中型水能、核能之外的生物质能、太阳能、风能、小水能、地热能以及海洋能等一次能源。

2.风力发电意义：提供国民经济发展所需的能源；减少温室气体排放；

提高能源利用效率；增加就业机会，减轻社会负担。

3.

轮的旋转轴与风向平行；另一类是垂直轴风力机，风轮的旋转轴垂直于地面或气流方向。

4.第一台风力发电机投入运行是1888年，在美国俄亥俄州的科利福

兰安装了风轮直径17M的风力发电机。

5.风力发电技术在机组形式上逐步形成了最常见的水平轴、三叶片、

上风向、管塔式的模式。

6.风电机组发展趋势：从定桨距（失速型）向变桨距机组发展；从定

转速向可变转速机组发展；单机容量大型化发展趋势。

第1章答案

1.风是自然现象中空气流动的统称，太阳辐射造成地球不同

纬度间温度差异，加上地球自转、公转以及地理环境因素综合作用于大气的结果。

2.大气环流：由于地球极地与赤道之间存在温度差异，赤道

附近温度高的空气将上升高层流向极地；而极地附近的空气则受冷收缩下沉.并在低空受指向低纬度的气压梯度力的作用，流向低纬度.这就形成了一个全球性的南北向大气环流.

3.气压梯度力就是指地球绕太阳公转时.由于日地距离和方

位不间，地球上各纬度所接受的太阳的辐射强度不同，从而产生温差和气压差.引起空气流动的作用力。

4.地球除公转外还有自转，因地球自转形成的地转偏叫力叫

做科里奥利力.简称偏向力或科氏力。地转偏向力在赤道处为零并随着纬度的增高而增大，在极地达到最大值。

5.气压梯度力和科里奥利力是大气大规模运动的主要原因

6.在南北纬度30°之间的地带称为信风带。这一支气流补充

了赤道的上升气流.构成了一个闭合的环流圈.称为哈德來（Hadley)环流.也叫做正环流圈

7.副极地低压带的上升气流，到高空又分成两股，一股向南，

一股向北。向南的一股气流在副热带地区下沉，构成一个中纬度闭合圈，正好与哈德来环流流向相反，此环流圈北

面上升、南面下沉.所以叫反环流圈，也称费雷尔（Ferrel)环流圈。

8.向北的一股气流，从上升到达极地后冷却下沉.形成极地

高压带，这股气流补偿了地面流向副极地带的气流，形成了一个闭合圈。此环流圈南面上升、北面下沉与哈德来环流流向类似，也叫正环流。在北半球，此气流山北向南，受地转偏向力的作用.吹偏东风.在北纬60°?90°之间，形成了极地东风带。

9.从赤道上升流向极地的气流在气压梯度力和地转偏向力

的作用和地表温差的综合影响下。在南北两个半球上各出现四个气压带，即极地东风带、盛行风带、东北(东南）信风带和赤道无风带。三个闭合环流圈：赤道-纬度30°环流圈、纬度30°?60°环流圈和纬度60°?90°环流圈（称作三圈环流）。

10.由于陆地和海洋在各个季节中受热和冷却程度不同，

使风向随季节产生有规律的变化，这种随季节而改变方向的空气流动称为季风，我国古代称为信风，表明这种风的风向总是随着季节而改变。

11.季风气候的主要特征是季风环流,而季风环流形成的

主要原因是由于海陆分布的热力差异及地球风带的季节转换。

12.局地风往往是大尺度环流系统和当地气候条件相互作

用的结果。主要表现为海陆风和山谷风。

13.两种特殊地形条件下形成的特殊风能分别是爬坡风和

狭管风。

14.冷空气活动，影响我国的冷空气有5个源地，由这5

个源地侵入我国的路线称为路径。第一条路径来自新地岛以东附近的北冰洋面，从西北方向进入蒙古国西部东移南下影响我国；第二条源于新地岛以西北冰洋面经俄罗斯、蒙古进人我国，三条源于地中海附近.东移到蒙古西部影响我国；四条源于太梅尔半岛附近洋面,向南移入蒙古,

然后向东南影响我国；第五条源于贝加尔湖以东的东西伯利亚地区，进入我国东北及华北地区。

15.在我国东南沿海每年夏秋手经常受到热带气旋的影响。

台风是一种直径1000km左右的圆形气旋，中心气压极低,台风中心10?30km范围内是台风眼，台风眼中天气较好,风速很小。在台风眼外壁天气最为恶劣，最大破坏风速就出现在这个范围内。

16.热带气旋分为热带低压、热带风暴、强热带风暴、台

风、强台风、超强台风。

17.影响风能利用的灾害天气包括台风、低温、积冰、雷

暴、沙尘暴。

18.平均风速：相应于有限时段内的风速的平均值，通常

指2min或lOmin的平均值。

19.瞬时风速：相应于无限小时段内的风速。

20.最大风速：在给定的吋间段或某个期间里面，平均风

速中的最大值。

21.极大风速：在给定的时间段内，瞬时风速的最大值。

22.风向表示方法有度数表示法和方位表示法。

23.风向采用度数表示法将风向值化为16 扇区。

24.玫瑰图：根据风向或风能在各扇区的频率分布，以相

应的比例长度绘制的形如玫瑰花朵的概率分布图。

25.风能计算公式：3

E=0.5ρSV

26.风功率密度公式：3

P=0.5ρV

27.风速增加1倍，风能和风功率密度增加7倍

28.空气密度是指单位体积的空气质量

29.在标准大气压下，15℃时每立方米空气质量为1.225kg

30.粗糙度即粗糙长度，它是衡量地面对风的摩擦力大小

的指标，在假定垂直风廓线随地面高度按对数关系变换情况下，平均风速变为0时算出的高度。

31.风廊线：是表示风速随离地面高度变化的曲线。

32.在近地层，风速随离地面高度有显著变化。造成风在

近地层中的垂直变化的原因有动力因素和热力因素。前者主要来源于地面的摩擦效应，即地面的粗糙度；后者主要表现与近地层大气垂直稳定度的关系。在离地高度100m 内的近地层中，可以忽略剪切应力的变化，这时，风廓线

可采用普朗特(Prandtl)对数率分布来表示

33.指数分布律：指数律分布计算风廓线比较简便，一般

情况下风速随高度变化可以用幂指数公式来描述。

34.风切变又称风切或风剪，它反映了风速随高度变化而

变化的情况，包括气流运动速度的突然变化、气流运动方向的突然变化。

35.风切变指数对风电机组的设计非常重要，同一台风力

发电机在不同的高度，获得的风能是不同的。风电机组的轮穀高度处的风切变指数不高于0.2。

36.在近地层中，气流具有明显的湍流特征，湍流是一种

不规则随机流动，其速度有快速的大幅度起伏，并随时间、空间位置而变。

37.湍流强度是衡量气流脉动强弱的相对指标，常用标准

差和平均速度的比值来表示。

38.湍流强度会减小风力发电机组的风能利用率，也会增

加机组的疲劳载荷和机件磨损概率。一般情况下，可以通过增加风力发电机组的轮毂高度来减小地面粗糙度引起的湍流强度影响。

39.自动测风系统主要由六部分组成，包括传感器、主机、

数据存储装置、电源、安全与保护装置。

40.传感器分风速传感器、风向传感器、温度传感器、气

压传感器，输出信号为频率(数字)或模拟信号。

41.非接触式的测风仪器有超声波风速计和激光风速计等。

超声波风速计通过检测声波的相位变化来记录风速；激光风速计以检测空气分子反射的相干光波。

42.50年一遇最大风速与湍流强度是机组选型的两个最基

本指标。

43.根据经验，在平行于主风向方向，风电机组间的距离

一般保持5-9倍叶轮直径的距离；在垂直于主风向方向，风电机组间的距离一般保持3-5倍叶轮直径的距离。

44.风电场选址基本原则：

1)风能资源丰富.风能质量好。

2)符合国家产业政策和地区发展规划。

3)满足接入系统要求。

4)保证工程安全。

5)满足环境保护要求。

6)满足投资回报要求。

45.风电场场址轮毂高度年平均均风速一般应大于 6.5m/S,

风功率密度一般应大于300W/m2。有稳定的盛行风向，以利于机组布置。风速的日变化和季节变化较小，降低对电网的冲击。垂直风剪切较小，以利机组的运行，减少机组故障。湍流强度较小，减轻机组的振动、磨损，延长风电机组寿命。