风电机组载荷计算指标

摘要风能是一种取之不尽、用之不竭、储量丰富的清洁可再生能源。

与传统能源相比，风能具有不污染环境，不破坏生态，分布广泛，就地可取，周而复始，可以再生的诸多优点。

风力机在风能利用中占有最主要的地位，叶片则是风力机中核心的部件，也是受力最为复杂的部件。

载荷研究是其设计中最为关键的基础性工作，也为所有后续风力机设计、分析工作提供依据。

本文以NACA4412翼型的叶片为研究对象，对其静态载荷进行了研究。

主要研究内容如下：（1) 综合国内外各种文献，对风力发电的优越性和发展状况进行了简单的介绍。

（2）在风力机空气动力理论的基础上，对动量理论，叶素理论还有涡流理论进行了介绍。

（3）对风力机的设计工况和载荷工况进行了介绍，并在动量理论，叶素理论还有涡流理论等理论基础上对叶片载荷进行了计算。

（4）通过运用Matlab软件,对叶片载荷进行了图谱分析，画出了在气动力，重力，离心力作用下的图谱。

关键词：风力机；叶片；载荷分析AbstractWind energy is a kind of clean and renewable energy which is unlimited and abundant. Compared to the traditional energies, wind energy contains many advantages, such as no pollution to the environment, no destruction on the zoology, widespread, in situ desirable, moving in cycles and can be recycled.Wind driven generator occupies the main status in the process of wind utilization, and blade is the core and the most complicated element of it, especially when it comes to the force analysis. Study of load is not only the critical section and basic work in the design of wind driven generator, but also provides the basis for all subsequent wind driven generator’s design and its analysis work. This paper takes NACA4412 airfoil blade as the research object and studies its static load. Main research contents are as follows:(1) Integrated all kinds of documents at home and abroad, this paper simply introduces the advantages and development conditions of wind driven generator.(2) Based on the wind turbine aerodynamic theory, the momentum theory, the blade element theory and vortex theory are introduced.(3) It introduces design conditions and loading conditions of wind driven generator. Meanwhile, on the basis of momentum theory, blade element theory, vortex theory and etc., it calculates the load of blade.(4) By using Matlab software, this paper has an atlas analysis on the load of blade, draws the atlases of aerodynamic force, gravity and centrifugal force which are under their own impact.Key words: wind driven generator; blade; load analysis目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)1.1风力发电发展现状 (1)1.1.1前言 (1)1.1.2风力发电装机容量现状 (2)1.1.3我国风力发电利用现状 (2)1.2水平轴风力机叶片概述 (3)1.3论文主要研究内容 (5)2水平轴风力机叶片理论 (6)2.1风与风能 (6)2.2风轮叶片主要参数 (6)2.3风力机空气动力学 (7)2.2.1动量理论 (7)2.2.2叶素理论 (11)2.2.3涡流理论 (13)2.4风力机叶片的设计方法 (14)3水平轴风力机叶片的载荷分析 (17)3.1叶片载荷类型与来源 (17)3.1.1载荷类型 (17)3.1.2载荷来源 (17)3.2叶片设计工况与载荷状况 (18)3.2.1设计工况 (18)3.2.2载荷状况 (18)3.3叶片载荷分析基本要求 (20)3.3.1载荷分析影响因素 (20)3.3.2载荷分析要求 (21)3.4风力机叶片载荷计算 (21)3.4.1坐标系的确定 (21)3.4.2气动力载荷计算 (24)3.4.3重力载荷计算 (25)3.4.4离心力载荷计算 (25)3.5风力机叶片载荷分析 (26)3.5.1载荷分析基本参数 (26)3.5.2叶片载荷分析 (28)3.6本章小结 (37)结论 (38)致谢 (39)主要参考文献 (40)1绪论1.1风力发电发展现状1.1.1前言从古到今，人类为能得到更好的生存条件、物质基础，不停的为促进社会经济的发展而奋斗。

风力发电机计算公式
1. 风力发电机功率计算公式
风力发电机的功率是衡量其发电能力的重要指标。

根据风力发电机的特性和工作原理，可以使用以下公式计算其功率：
\[ P = \frac{1}{2} \times \rho \times A \times v^3 \times C_p \]
其中：
- P 表示风力发电机的功率；
- \(\rho\) 表示空气密度；
- A 表示叶片的面积；
- v 表示风速；
- \(C_p\) 表示风力发电机的功率系数。

2. 风力发电机转速计算公式
风力发电机的转速是指叶片旋转的速度，也是影响其功率输出的重要因素。

常用的风力发电机转速计算公式如下：
\[ \omega = \frac{v}{R} \]
其中：
- \(\omega\) 表示风力发电机的转速；
- v 表示风速；
- R 表示叶片的半径。

3. 风速测量计算公式
准确测量风速是评估风力发电机性能的关键。

常用的风速测量计算公式如下：
\[ v = \sqrt[3]{\frac{2 \times P}{\rho \times A \times C_p}} \]
其中：
- v 表示风速；
- P 表示风力发电机的功率；
- \(\rho\) 表示空气密度；
- A 表示叶片的面积；
- \(C_p\) 表示风力发电机的功率系数。

以上是常用的风力发电机计算公式，通过利用这些公式，可以进行风力发电机的功率、转速和风速等参数的计算和评估，为风力发电机的设计和优化提供依据。

目录1前言错误!未定义书签。

2风轮气动载荷............................................... 错误!未定义书签。

2.1动量理论.................................................................................................. 错误!未定义书签。

2.1.1不考虑风轮后尾流旋转 .................................................................. 错误!未定义书签。

2.1.2考虑风轮后尾流旋转...................................................................... 错误!未定义书签。

2.2叶素理论.................................................................................................. 错误!未定义书签。

2.3动量──叶素理论.................................................................................. 错误!未定义书签。

2.4叶片梢部损失和根部损失修正 .............................................................. 错误!未定义书签。

2.5塔影效果.................................................................................................. 错误!未定义书签。

2.6偏斜气流修正.......................................................................................... 错误!未定义书签。

风电载荷计算
风电载荷计算是指对风力发电机组在不同工作状态下所受到的风载荷进行分析和计算。

风电系统在工作过程中会受到来自风的水平和竖向载荷，这些载荷可能对组件和结构产生一定的影响。

风电载荷计算主要包括以下几个方面：
1. 风能资源评估：通过对风场进行测量和分析，确定不同位置和高度上的风速和风向分布情况，作为风电载荷计算的基础数据。

2. 风机负荷计算：根据风能资源评估结果，结合风机的设计参数和性能曲线，计算风机在不同风速下的受力情况，包括扭矩、转速、风轴力等。

3. 风塔负荷计算：风塔作为风机的支撑结构，承受着风机本体以及叶轮的重力和振动力。

风塔负荷计算应考虑到这些力的影响，以确保风塔的稳定性和安全性。

4. 叶片负荷计算：叶片是风机系统中最容易受到风载荷影响的部件，其受力情况直接影响到叶片的强度和可靠性。

叶片负荷计算需要考虑到风速、风向、叶片角度等因素，并结合叶片的结构特性进行分析。

5. 基础负荷计算：风机的基础承受着风机本体和风塔的重力，同时还要抵抗风场对风塔的推力。

基础负荷计算应该考虑到这
些力的影响，以确保基础的稳固和安全。

总之，风电载荷计算是风力发电系统设计的重要环节，通过合理的计算和分析可以评估风电系统的受力情况，为系统的设计和运行提供可靠的依据。

风电运行主要参数风电运行主要参数是指影响风力发电机组运行和发电效率的关键指标。

这些参数包括风速、功率曲线、容量因子、可利用小时数、负荷因子、损失因子等。

下面将详细介绍这些参数的含义和作用。

一、风速风速是指单位时间内空气流动的速度，通常以米/秒（m/s）为单位。

在风力发电中，风速是决定发电机组是否能够运行以及发电量大小的关键因素。

当风速低于某个阈值时，发电机组无法启动工作；当风速超过一定范围时，发电机组需要停机以保护设备安全。

准确测量和预测风速对于优化风力发电的运行至关重要。

二、功率曲线功率曲线是描述风力发电机组在不同风速下输出功率的图表。

通常以风速为横轴，输出功率为纵轴绘制曲线图。

功率曲线可以反映出不同转速下发电机组的性能特点和输出能力。

根据功率曲线可以确定在不同的风速条件下，发电机组能够提供多大的输出功率，从而帮助调整发电机组的运行状态和优化发电效率。

三、容量因子容量因子是指风力发电机组实际发电量与理论最大发电量之比。

它反映了风力发电机组的利用率和可靠性。

容量因子越高，说明风力发电机组运行效率越高，能够更充分地利用风能进行发电。

容量因子通常以百分比表示，计算公式为：容量因子 = 实际发电量 / （额定功率×可利用小时数）。

四、可利用小时数可利用小时数是指风力发电机组在一定时间内实际运行并产生有效功率的小时数。

它反映了风力资源的利用程度和设备的运行稳定性。

可利用小时数与地理位置、气候条件、设备质量等因素有关。

通常，在评估风力资源时，会根据历史数据和气象预测来估算可利用小时数，以确定年均可利用小时数。

五、负荷因子负荷因子是指实际输出功率与额定功率之比，也可以理解为平均输出功率与额定功率之比。

负荷因子反映了风力发电机组在一段时间内的平均运行状态和利用率。

负荷因子越高，说明风力发电机组的平均输出功率越接近额定功率，运行效率越高。

六、损失因子损失因子是指风力发电系统在运行过程中由于各种原因导致的能量损失的比例。

风电场综合统计指标计算公式风电场是指采用风能发电的发电场，是可再生能源的重要组成部分。

风电场的综合统计指标计算是评价风电场运行情况和发展潜力的重要方法之一、下面将介绍风电场综合统计指标的计算公式。

风电场的综合统计指标主要包括风能利用率、负荷率、利用系数以及综合能源利用效率等。

下面分别介绍这些指标的计算公式。

1.风能利用率：风能利用率是衡量风电场发电量和理论最大发电潜力之间的比例关系。

它表示风电场实际发电量占理论最大发电量的比例，是衡量风电场运行效率的重要指标。

风能利用率计算公式如下：风能利用率=风电场年实际发电量/（额定装机容量×8760）其中，风电场年实际发电量为风电场过去一年的实际发电量，额定装机容量为该风电场全部可用机组的额定容量之和，8760表示一年有8760小时。

2.负荷率：负荷率是指风电场实际发电量与额定装机容量之比，表示风电场发电设备实际工作时间与其额定容量之间的比例。

负荷率计算公式如下：负荷率=风电场年实际发电量/（额定装机容量×8760）3.利用系数：利用系数是指风电场实际利用风能的能力与风电场可利用风能的潜力之间的比例关系。

它表示风电场实际发电量占可利用风能潜力的比例。

利用系数计算公式如下：利用系数=风电场年实际发电量/（可利用风能×8760）4.综合能源利用效率：综合能源利用效率是指风电场消耗的能源与实际发电量之间的比例关系。

它表示风电场能源利用程度的指标，是评价风电场的综合能源利用效果的重要指标。

综合能源利用效率计算公式如下：综合能源利用效率=风电场年实际发电量/（年耗电量×8760）其中，年耗电量为风电场过去一年的耗电量，8760表示一年有8760小时。

综上所述，风电场综合统计指标的计算公式包括风能利用率、负荷率、利用系数以及综合能源利用效率等指标。

这些指标可以客观地反映风电场的发电效率和资源利用程度，为风电场的运行管理和发展规划提供参考依据。