1．风力发电发展的现状
1.1世界风力发电的现状
近20年风电技术取得了巨大的进步。1995—2006年风力发电能力以平均每年30%以上的速度增长，已经成为各种能源中增长速度最快的一种。今年来欧洲、北美的风力发电装机容量所提供的电力2成为仅次于天然气发电电力的第二大能源。欧洲的风力风力发电已经开始从“补充能源”向“战略替代能源”的方向发展。
到2008年，世界风能利用嘴发达的国家是德国、美国和西班牙，中国名列世界第四位。丹麦是世界上使用风能比例最高的国家，丹麦能源消费的1/5来自于风力。
欧洲在开发海上风能方面也依然走在世界前列，其中丹麦、美国、爱尔兰、瑞典和荷兰等国家发展较快。尤其是在一些人口密度较高的国家，随着陆地风电场殆尽，发展海上风电场已成为新的风机应用领域而受到重视。丹麦、德国、西班牙、瑞典等国家都在计划较大的海上风电场项目。目前海上风电机组的平均单机容量在3MW左右，最大已达6MW。世界海上风电总装机容量超过80万千瓦。
有余风力发电技术已经相对成熟，因此许多国家对风发电的投入较大，其发展较快，从而使风电价格不断下降。若考虑环保及地理因素，加上政府税收优惠政策和相关支持，在有些地区风力发电已可与火力发电等展开竞争。在全球范围内，风力发电已形年产值超过50亿美元的产业。
1.2我过风力发电的发展现状
我国风力发电从20世纪80年代开始起步，到1985年以后逐步走向产业化发展阶段。
自2005年起，我国风电规模连续三年实现翻倍增长。风电新增容量每年都增加超过100%，仅次于美国、西班牙，成为世界风电快速增长的市场之一。根据国家能源局2009年公布的统计数据，截止2008年底，我国风电装机容量已达1271万千瓦，居世界第4位，但是风电在我国整个电力能源结构中所占的比重仍然比较低。
我国将在内蒙古、甘肃、河北、吉林、新疆、江苏沿海等省区建设十多个百万千瓦级和几个千瓦级风电基地。根据目前国内增长趋势，预计到2020年，中国风电总装机容量将达到1.3亿~1.5亿千瓦。
风电叶片的优化设计要满足一定的设计目标，其中有些甚至是相互矛盾的，如：
·年输出功率最大化；
·最大功率限制输出；
·振动最小化和避免出现共振；
·材料消耗最小化；
·保证叶片结构局部和整体稳定性；
·叶片结构满足适当的强度要求和刚度要求。
风电叶片设计可分为气动设计和结构设计这两个大的阶段，其中气动设计要求满足前两条目标，结构设计要求满足后四条目标。通常这两个阶段不是独立进行的，而是一个迭代的过程，叶片厚度必须足够以保证能够容纳腹板，提高叶片刚度。
(1)外形设计
叶片气动设计主要是外形优化设计，这是叶片设计中至关重要的一步。外形优化设计中叶片翼型设计的优劣直接决定风机的发电效率，在风机运转条件下，流动的雷诺数比较低，叶片通常在低速、高升力系数状态下运行，叶片之间流动干扰造成流动非常复杂。针对叶片外形的复杂流动状态以及叶片由叶型在不同方位的分布构成，叶片叶型的设计变得非常重要。目前叶片叶型的设计技术通常采用航空上先进的飞机机翼翼型设计方法设计叶片叶型的形状。先进的CFD技术已广泛应用于不同类型气动外形的设计，对于低雷诺数、高升力系数状态下风机运行条件，采用考虑粘性的N-S控制方程分析叶片叶型的流场是非常必要的。
在过去的10多年中，水平轴风电叶片翼型通常选择NACA系列的航空翼型，比如NACA44XX，NA-CA23XX，NACA63XX及NASA LS(1)等。这些翼型对前缘粗糙度非常敏感，一旦前缘由于污染变得粗糙，会导致翼型性能大幅度下降，年输出功率损失最高达30%。在认识到航空翼型不太适合于风电叶片后，80年代中期后，风电发达国家开始对叶片专用翼型进行研究，并成功开发出风电叶片专用翼型系列，比如美国Seri和NREL系列、丹麦RISO-A系列、瑞典FFA-W系列和荷兰DU系列。
这些翼型各有优势，Seri系列对翼型表面粗糙度敏感性低；RISO-A系列在接近失速时具有良好的失速性能且对前缘粗糙度敏感性低；FFA-W系列具有良好的后失速性能。丹麦LM公司已在大型风机叶片上采用瑞典FFA-W翼型，风机专用翼型将会在风电叶片设计中广泛应用。表1为对NREL翼型系列性能提高的估算。
2019年5月
随着教育领域中现代信息技术与学科内容的融合，如何在教学过程中合理、有效地使用信息技术成为教育研究者关注的热门话题之一。近十年来，国外不少专家学者致力于“技术—教学—学科知识”（TechnologicalPedagogicalandContentKnowledge，简称TPACK）这一理论框架的发展及其在教学实践中的应用研究[1-2]。风力发电技术作为特色专业群专业技术平台课程，对整个专业普及相关风电基础知识，提高人才培养的整体质量，提高学生岗位职业能力具有重要作用。但课程的教学内容有限，大专职业院校注重实践教学，而风机体积庞大、作为教学成本高，其工作过程在风电场才能直观观察，在学校传统授课的课堂中难以实现，因此急需结合现代信息化技术手段改革教学方法和技术。在TPACK框架下，本文以风力发电技术课程中的风力发电技术为研究对象，从TPACK视域出发，通过对该课程实训教学设计融入信息化元素，利用现代信息技术弥补教学过程中的不足，以此进行教学模式和教学方法的改革，以期改善教学质量，提高教学效率。一、TPACK框架的兴起与应用2005年，在舒尔曼的PCK基础上，美国学者科勒和米什拉提出了“整合技术的学科教学知识”[3]。如图1所示，技术、学科内容与教学方法三者之间在TPACK框架指导下进行相互协调和高度融合，从而进行有效教学。该理论框架的提出为指导教师融合现代信息化技术开展有效课程教学、促进现代化职业教育教学提供了重要的理论指导和实践依据[4]。在我国，TPACK研究范围从理念的引入、理论的探索和前沿的综述逐渐扩展到学科化、情境化的实证研究，并且已经快速地成为职业教育教学发展研究的一个热点[5]。TPACK实证研究最开始以信息化教育为主，并很快延伸到了科学、数学等学科，但是针对风力发电专业TPACK的实证研究还十分有限。TPACK框架下的课程教学摒弃了传统“填鸭式”教学的弊端，并从专业岗位职能出发，以学生今后就业岗位职业技能为培养目标，将信息化手段融入教学内容、教学技术，从而顺应学生的身心发展。
《装备制造技术》2019年第03期
0引言
风力发电是通过将空气中的动能转化为机械能
继而发电的可再生能源发电技术。由于风力发电效
率与来流风速的三次方成正比，加装聚风结构后风
能密度可以有效提升，可以在来流风速较低的情况
下进行风力发电[1]，因此提出了在风力机周围加装扩
散放大器结构，这种风力机称作聚风型风力机或浓
缩型风力机[2，3]，同时具有风速稳定、叶轮受冲击小、
噪音低、安全性强、使用寿命长的优点[4，5]。
叶片的外形直接影响风力机功率特性[6]，传统风
力机叶片设计方法基于叶素-动量理论，结合GLauert方法或Wilson方法，以每个叶素截面最大输
出功率为目标，对叶素弦长与扭角进行计算。
在聚风发电系统中，由于聚风风场与自然风场
有较大不同，设计风力发电机叶片时需要考虑来流
风场的风速分布，本文在Wilson叶片设计方法上进
行改进，研究了自然来流经过聚风装置在风轮安装
截面的风速分布，同时考虑到叶片尺寸相对较小，经
过聚风后的风速相对较大，叶片设计时，相比于一般
叶片，尖速比适量减少。参考田德教授设计的浓缩风
能型风力发电机风洞实验[7]，对聚风发电系统叶片设
计问题进行仿真模拟研究，将所设计的叶轮与实验
所用叶轮进行对比，分析了两种叶片在不同风速下
的输出功率。1叶片设计理论
1.1叶素与动量理论
如图1所示，将叶片沿展向划分为若干个微段，
这些微段被称为叶素，通过单独分析每个叶素的受
力，再沿叶片展向积分，即可得到叶轮整体受力及力
矩。动量理论研究了风能向叶轮机械能的转化，确定
了来流风速与风轮受力的关系。通过叶素与动量理
论结合，得出方程式a1-a=BC（Clcos准+Cdsin准）8仔rsin2准（1）
b1+b=BC（Clsin准+Cdcos准）4仔rsin2准（2）
tan准=（1-a）（1+b）·1姿（3）
其中，叶素处速度比姿越赘Vr，扭角茁越准-琢式
中，a为轴向诱导因子；b为切向诱导因子；B为叶片
数；C为叶素截面弦长；Cl为升力系数；Cd为阻力系
