第一章 风能资源概述教材

《风能的开发与利用》--教案章节一：风能概述教学目标：1. 让学生了解风能的定义和特点。

2. 让学生掌握风能的利用方式和应用领域。

教学内容：1. 风能的定义：自然界中由于地球自转和太阳辐射造成的大气运动所具有的能量。

2. 风能的特点：可再生、清洁、无污染、广泛分布。

3. 风能的利用方式：风力发电、风力驱动机械等。

4. 风能的应用领域：电力供应、交通运输、农业灌溉等。

教学活动：1. 引入话题：通过图片和视频展示风能利用的实例，引发学生对风能的兴趣。

2. 讲解风能的定义和特点，引导学生理解风能的重要性。

3. 介绍风能的利用方式和应用领域，让学生了解风能的实际应用。

4. 开展小组讨论：让学生探讨风能利用的优点和局限性，分享自己的看法。

章节二：风力发电原理教学目标：1. 让学生了解风力发电的基本原理。

2. 让学生掌握风力发电系统的组成和运行方式。

教学内容：1. 风力发电原理：利用风力驱动风力发电机，将风能转化为电能。

2. 风力发电系统的组成：风力发电机、传动系统、发电机、控制器等。

3. 风力发电机的类型：水平轴风力发电机、垂直轴风力发电机等。

4. 风力发电的运行方式：固定式、漂浮式、塔架式等。

教学活动：1. 引入话题：通过图片和视频展示风力发电的实例，引发学生对风力发电的兴趣。

2. 讲解风力发电原理，引导学生理解风力发电的基本概念。

3. 介绍风力发电系统的组成和运行方式，让学生了解风力发电的实际应用。

4. 开展小组讨论：让学生探讨风力发电的优点和局限性，分享自己的看法。

章节三：风力发电机的制造与安装教学目标：1. 让学生了解风力发电机的制造过程。

2. 让学生掌握风力发电机的安装方法和注意事项。

教学内容：1. 风力发电机的制造过程：材料选择、结构设计、零部件加工、组装等。

2. 风力发电机的安装方法：选址、塔架建设、发电机安装、传动系统连接等。

3. 风力发电机安装的注意事项：安全操作、防雷接地、维护保养等。

风能资源
风能是一种无限无污染的可再生能源，具有广阔的开发利用前景。

风能资源是指风能源发布区域内的风能的总合，通常用风速和风功率密度等指标来描述。

全球各地存在着丰富的风能资源，其中一些地区尤其适合开发风能。

1. 风能资源的分布
风能资源具有地域性差异，主要受到地形、地表特征和气候等因素的影响。

根据不同地区的气候和地貌特点，风能资源的分布也不尽相同。

一般来说，高海拔、开阔平原、山脉和海岸线附近的地区拥有更为丰富的风能资源。

2. 风能资源的利用
利用风能资源可以通过建设风力发电机组来实现。

风力发电是将风能转换为电能的过程，通过风力发电机组将风能转变为机械能，再经由发电机转换成电能。

风力发电具有不污染、可再生等优点，因此在环保意识日益增强的今天受到了越来越广泛的关注。

3. 风能资源的开发现状
全球范围内，很多国家和地区都在积极开发利用风能资源。

欧洲各国、美国、中国等地都成为了风能发电的重要发展地区，通过不断创新技术、完善政策措施，逐步推动风能产业的发展。

4. 风能资源的前景展望
随着人们对清洁能源的需求不断增长，风能资源的开发利用前景广阔。

未来，风能发电技术将会不断提升，风能资源的利用效率将进一步提高，成为能源结构转型升级的重要推动力量。

总的来看，风能资源是一种绿色、清洁的可再生能源，具有巨大的发展潜力。

加强对风能资源的开发利用，推动风能产业的健康发展，对于实现可持续发展目标具有重要意义。

第一章风能及风能资源一．风的成因风是环绕地球大气层中的空气流动．流动的空气所具有的能量，也就是风所具有的动能，就称为风能．从广义太阳能的观点看，风能是由太阳能转化而来的．来自太阳能的辐射能不断地传送到地球表面周围，因受太阳照射而受热的情况不同，地球表面各处产生了温差，因而产生气压差，由此形成了空气的流动．因此，可以说是太阳把能量以热能的形式传到地球而后又转换成风能的．二风的风类大气环流――地球表面的大气环流是由于太阳辐射及地球自转而引起的．在赤道上，太阳垂直照射，地面受热很强：而在地球两极地区，太阳是倾斜照射的，地面受热则较弱，热空气较冷空气轻，就造成在赤道附近热空气向空间上升，并通过大气层上部流向两极；两极地区的冷空气则流向赤道．由于地球本身自西向东旋转的结果，这种大气环流在北半球产生了东北风，在南半球则产生了东南风，分别称为东北信风和东南信风.海陆风――沿海地球陆地同海上所形成的风向交替的海风与陆风，它们是由于昼夜之间温度变化而造成的．在白日，陆地上接受的太阳辐射热量较海水要强，因而陆地上的空气受热向上流动，而海洋面上的空气较冷，较冷的空气则自海洋流向沿岸陆地，这样就形成了海风；在夜间，陆地上的空气比海洋上的空气冷却要快，这样就造成海洋上的空气上升，而陆地上较冷的空气沿地面流向海洋，形成了陆风.山谷风――山岳地区在一昼夜间风向交替的山风（或称山岳风）与谷风（或称平原风）．谷风的产生是由于日间太阳照射使山坡上的空气温度升高，热空气上升，而地势地处的冷空气则自山谷向上流动，这就形成了谷风；到了夜晚，空气中的热量向高空散发，高空中的空气密度增大，空气则沿山坡向下流动，这就形成了山风．第二章风的描述如上所述，风是由于空气的流动而形成的，因此可被看做是向量，包括空气流动的速度及流动的方向两个要素，也即是风速和风向．对于人类来说，风是最熟悉的自然现象之一，风速与风向在不同的时间（每日每月每年）都有一定的周期性变化．为了估算某一地域的风能资源，必须测量出每日、每月、每年的风速及风向数据，了解其变化的情况。

1、风的形成 1.1 地球上的风风——空气的流动现象。

气象学中指空气相对于地面的水平运动。

风是一个矢量，用风向和风速表示。

风向——指风的来向。

我国风向观测用十六个方位表示，实际测风报告中还常用0-360°范围内的数字表示风向。

风速——单位时间内空气移动的距离。

气象上对风速还作以下定义：（1）平均风速，相应于有限时段，通常指二分钟或十分钟的平均情况。

（2）瞬时风速，相应于无限小的时段。

（3）最大风速，指在给定的时间段或某个期间里面，平均风速中的最大值。

（4）极大风速，指在给定的时间段内，瞬时风速的最大值。

风速的法定单位和几种常用单位的换算。

1.1.1 地转风定义：自由大气中，气块作水平匀速直线运动时的风。

此时，水平气压梯度力与水平地转偏向力（科里奥利力）平衡下，空气所产生的水平运动。

在等高面上，地转风可写成：k P fV h g ⨯∇-=ρ1式中V g 为地转风，ρ是该高度空气的密度，P 是该高度的气压场分布，▽h P 即水平气压梯度，f 是科里奥科参数，f=2wsin Φ，其中W 与地球自转角速度，Φ为地理纬度，K 是垂直方向的单位向量。

地转风的方向与等压线平行，在北半球背风而立，高压在右，低压在左，南半球则相反。

地转风的大小与气压梯度成正比，但与空气密度和科里奥利参数成反比。

地转风关系揭示了风场与气压场之间最简单也是最基本的关系,在自由大气中实际风与地转风十分接近，因此在实际应用上都常把地转风作为实际风的近似。

1.1.2 梯度风定义：在无摩擦力时，在弯曲等压线型式下，水平气压梯度力、水平科里奥利力、离心力三者平衡时，空气的水平运动所形成的风。

风向与等压线相切，在北半球，人背风而立，低压在左，高压在右。

南半球相反。

即在北半球，由低气压系统形成的气旋性风总是反时针方向旋转的，由高压系统形成的反气旋风总是顺时针方向旋转的。

理论上说，梯度风应更接近于实际风，但在作实际计算时由于惯性离心力很小很难计算，因此往往误差很大，有时还不如地转风近似好，一般只在讨论热带气旋等系统时应用。

《风能的开发与利用》--教案章节一：风能概述教学目标：1. 了解风能的定义和特点。

2. 掌握风能的利用历史和现状。

3. 理解风能作为一种可再生能源的重要性。

教学内容：1. 风能的定义和特点。

2. 风能的利用历史和现状。

3. 风能作为一种可再生能源的重要性。

教学活动：1. 引入话题：讨论风能的定义和特点。

2. 讲解：介绍风能的利用历史和现状。

3. 小组讨论：探讨风能作为一种可再生能源的重要性。

章节二：风能的测量与评估教学目标：1. 了解风能的测量方法和指标。

2. 掌握风能评估的基本原理。

3. 能够进行简单的风能评估计算。

教学内容：1. 风能的测量方法和指标。

2. 风能评估的基本原理。

3. 风能评估计算的方法。

教学活动：1. 讲解：介绍风能的测量方法和指标。

2. 演示：展示风能评估的基本原理。

3. 练习：进行简单的风能评估计算。

章节三：风能利用的技术与设备教学目标：1. 了解风能利用的主要技术和设备。

2. 掌握风力发电机的原理和构造。

3. 理解风能利用的现状和趋势。

教学内容：1. 风能利用的主要技术和设备。

2. 风力发电机的原理和构造。

3. 风能利用的现状和趋势。

教学活动：1. 讲解：介绍风能利用的主要技术和设备。

2. 实物展示：展示风力发电机的原理和构造。

3. 小组讨论：探讨风能利用的现状和趋势。

章节四：风能项目的规划与实施教学目标：1. 了解风能项目的基本流程和步骤。

2. 掌握风能项目规划的关键因素。

3. 能够进行风能项目的实施和评估。

教学内容：1. 风能项目的基本流程和步骤。

2. 风能项目规划的关键因素。

3. 风能项目的实施和评估方法。

教学活动：1. 讲解：介绍风能项目的基本流程和步骤。

2. 案例分析：分析风能项目规划的关键因素。

3. 小组讨论：探讨风能项目的实施和评估方法。

章节五：风能的利用与环境保护教学目标：1. 了解风能利用对环境的影响。

2. 掌握风能利用的环境保护措施。

3. 能够分析风能利用与环境保章节六：风能利用的经济与政策教学目标：1. 了解风能利用的经济效益。

第一章风及风能资源一、风的形成及影响因素1.风的产生：是由地球外表大气层由于太阳的辐射而引起的空气流动，大气压差是风产生的根本原因2.特性：周期性、多样性、复杂性3.风的分类：季风、山谷风、海陆风、台风、龙卷风二、风的测量1.风的测量包括风向和风速两种2.风向测量：风向测量是指测量风的来向风向测量装置：1)风向标：是测量风向最通用的装置，有单翼型、双翼型、流线型2)风向杆（安装方位指向正南）、风速仪（可测风向和风速，一般安装在离地面10米的高度）3.风向表示法：风向一般用16个方位表示，静风记为C。

4.风能密度:单位截面积的风所含的能量称为风能密度，常以W/m2表示。

三、风资源分布1.我国风资分布可划分为：风能丰富区、风能较丰富区、风能可利用区、风能贫乏区1)风能丰富区:有效风能密度＞200W/m2。

2)风能较丰富区：有效风能密度为150~200W/m2，3~20m/s风速出现的全年累计时间为4000~5000h。

3)风能可利用区：有效风能密度在50~150W/m2之间，3~20m/s风速出现时数约在2000~4000h之间。

4)风能贫乏区：该区风能密度低于50W/m2，全年时间低于2000h第二章风力机的理论基础一、贝兹理论二、翼型的几何参数三、风车理论四、叶素理论气动效率五、葛劳渥漩涡理论六、葛劳渥轴线推力和扭矩计算有限长的叶片，叶片的下游存在尾迹涡，主要有两个漩涡区：一个在轮毂附近，一个在叶尖。

漩涡诱导速度可看成以下三个漩涡系叠加的合速:①中心涡，集中在转轴上②每个叶片的边界涡③每个叶片尖部形成的螺旋涡七、风力机的相似特性相似准则：所谓模型与风力机实物相似是指风轮与空气的能量传递过程以及空气在风轮内向流动过程相似，或者说它们在任一对应点的同名物理量之比保持常数。

流过风力机的气流属于不可压缩流体，理论上应满足几何相似、运动相似和雷诺数相等。

对风力机而言，后一个条件实际做不到，故一般仅以前两个条件作为模型和风力机实物的相似准则，并计及雷诺数。

第一章风能及风能资源一．风的成因风是环绕地球大气层中的空气流动．流动的空气所具有的能量，也就是风所具有的动能，就称为风能．从广义太阳能的观点看，风能是由太阳能转化而来的．来自太阳能的辐射能不断地传送到地球表面周围，因受太阳照射而受热的情况不同，地球表面各处产生了温差，因而产生气压差，由此形成了空气的流动．因此，可以说是太阳把能量以热能的形式传到地球而后又转换成风能的．二风的风类大气环流――地球表面的大气环流是由于太阳辐射及地球自转而引起的．在赤道上，太阳垂直照射，地面受热很强：而在地球两极地区，太阳是倾斜照射的，地面受热则较弱，热空气较冷空气轻，就造成在赤道附近热空气向空间上升，并通过大气层上部流向两极；两极地区的冷空气则流向赤道．由于地球本身自西向东旋转的结果，这种大气环流在北半球产生了东北风，在南半球则产生了东南风，分别称为东北信风和东南信风.海陆风――沿海地球陆地同海上所形成的风向交替的海风与陆风，它们是由于昼夜之间温度变化而造成的．在白日，陆地上接受的太阳辐射热量较海水要强，因而陆地上的空气受热向上流动，而海洋面上的空气较冷，较冷的空气则自海洋流向沿岸陆地，这样就形成了海风；在夜间，陆地上的空气比海洋上的空气冷却要快，这样就造成海洋上的空气上升，而陆地上较冷的空气沿地面流向海洋，形成了陆风.山谷风――山岳地区在一昼夜间风向交替的山风（或称山岳风）与谷风（或称平原风）．谷风的产生是由于日间太阳照射使山坡上的空气温度升高，热空气上升，而地势地处的冷空气则自山谷向上流动，这就形成了谷风；到了夜晚，空气中的热量向高空散发，高空中的空气密度增大，空气则沿山坡向下流动，这就形成了山风．第二章风的描述如上所述，风是由于空气的流动而形成的，因此可被看做是向量，包括空气流动的速度及流动的方向两个要素，也即是风速和风向．对于人类来说，风是最熟悉的自然现象之一，风速与风向在不同的时间（每日每月每年）都有一定的周期性变化．为了估算某一地域的风能资源，必须测量出每日、每月、每年的风速及风向数据，了解其变化的情况。