计算器指南

From Windpower Guided Tour

风机功率计算器指南

如果在你的屏幕上有空间，你可以打开具有计算器的另一个浏览器窗口，为了你看指南时使用。

在任何情况下，如果你不想阅读所有的指令，请读本页底部的忠告。

利用功率曲线和威布尔分布来估计功率和能量输出。

为了正确地使用功率曲线，你必须把威布尔分布和功率曲线的知识结合起来。这就是下一节利用功率密度计算器我们要做的。

针对每一微小的0.1m风速间隔，我们将风速间隔的概率（来自威布尔曲线）乘以风机功率曲线的值。

然后取这些全部乘积之和就得到了平均功率输出。

如果我们将功率乘以365.25，再乘以24（二者之积为一年的小时数）就得到了年平均总能量输出。

场址数据

使用弹出的菜单自动地填写出欧洲风能分布数据。粗糙度等级0，1，2和3的计算数据从欧洲风能图谱中取得。如果你选用1.5的粗糙度等级，可用插值法求得数据。如果你想用世界其他部分的数据，请给我们发电子邮件

空气密度数据

正如我们前节所学的，风能随空气密度按比例变化。试着改变空气温度，比如说从40℃变为20℃。冷空气同热空气相比，每立方米的空气分子数几乎多了25%，这样看看，对于能量输出发生了什么变化。

如果你愿意改变海拔高度，首先开始设定海平面的温度。然后程序会自动计算出你设定海拔高度的温度和压力。

如果你知道你在做什么，你可以直接设定空气密度。然后，程序会计算出一组其他变量的合理数据。（你也可以改变气压，但是你最好还是不要动它。显然，你的气压必须适合当地的海拔和温度）。

风能分布数据

在北欧威布尔的形状参数一般取在2附近，但是环境是变化的，你实际上可能需要风能图谱来更精确地设定形状参数。你或者输入平均风速，或者输入威布尔尺度参数，然后程序自动计算出其他量。

风速的测量高度是很重要的，因为风速随地表之上的高度而增加，参照风切一节。气象观察一般采用10m高，而风速仪的测风研究常常按风机的轮毂高度（在我们的例子中是50m）。

如果在不同的高度测风（非轮毂高度），周围地形的平均粗糙度对于风机轮毂高度风速的确定是重要的。你或者设定粗糙尺度，或者设定粗糙等级，取决于局部的地貌类型。（见参考手册粗糙度等级指南一节）。

风机数据

计算器的这一部分让你详述主发电机的额定功率、转轮直径、切入风速、切除风速以及风机的轮毂高度。本页的底部你可以说明这台风机的功率曲线。

但是，这是很容易的。首先使用弹出菜单，借助于内建的典型丹麦风机的数据表，它允许你建立所有风机的说明书。我们已经在表格中为你填上了典型的600 kW风机数据，但是你可以看看其他的风机试验一下。

第二次弹出的菜单允许你针对你选用的风机选择可用的轮毂高度。如果你愿意，你也可以输入自己的轮毂高度。

再体验一下不同的轮毂高度，观察一下能量输出如何变化。如果风机安装在具有高粗糙等级的地形，影响是显而易见的。（你可以在风能分布的数据中修改粗糙度等级，自己看一下结果）。

如果你修改了标准风机的说明书，首次弹出菜单的文本就变成了用户举例，表明你没惠顾标准风机。你改变所有变量都是没问题的，但是对标准风机来说如果你不改变功率曲线，想改变标准风机的发电机的尺寸或者转轮直径是没啥意思的。我们只用转轮直径演示功率输出并计算风机的效率（利用功率系数）。我们只用发电机的额定功率去计算容量因子。

风机的功率曲线

为了实际起见（同时保管好你的输入数据和给出的结果），我们在本页底部放置一份风机功率曲线的列表。你能利用这一区域指定一台没列在内置表中的风机。唯一的要求是风速要按递增的次序依次排列。

程序可以利用相邻两点间用直线连接近似地做出功率曲线，这些点的功率输出不能为零。

注意：在计算风资源时，程序使用的风速最高到40 m/s，所以不要幻想出一台机器，它的工作风速超过了30 m/s。

控制按钮

计算并复核表中的结果。在你已经输入了数据并激活了计算器之后，你可以点击任何地方或使用表格键。注意：如果你改变了功率曲线，机器将不复合你的数据，直到你点击计算或改变其他数据以后。

重置数据组，数据就返回到，你第一次在显示屏上遇到的用户举例。

在一个单独的窗口，用功率密度画出了该场址和风机的功率密度图。

功率曲线数据画出了你在不同窗口选出风机的功率曲线图。

功率系数数据画出了功率系数图，即在不同风速下风机的效率。

场址功率输入结果

每平方米转轮面积的功率输入表示了，假想转轮不存在，理论上流过圆形转轮面积的风的能量。（实际上，由于转轮前的高压区域，部分气流转移到转轮区域外）。

在x m/s时的最大功率输入表明了在那个风速下对总的功率输出达到了最高的贡献。通常该数字大大高于平均风速，参考功率密度函数一节。

平均轮毂高度的风速表明，编程如何重新计算恰当的轮毂高度的风速。如果你已经指定了轮毂高度，而它不同于测风的轮毂高度，编程会根据你指定的粗糙度等级（或粗糙度尺度）自动重新计算威布尔分布中的所有风速。

风机的功率输出结果

每平方米转轮面积的功率输出告诉我们，风机会将多少每平方米的功率输入转换成了电能。一般说来你会发现，造一台风机能有30%的风功率可利用就是经济有效的。（请注意，场址功率输入的数字包括切入、切除风速范围之外的风速的功率，所以要想得到平均功率系数，你不能除以哪个数字）。

每平方米转轮面积每年的能量输出，简单说来就是每平方米转轮面积的平均功率输出乘以一年的小时数。

每年以kWh计的能量输出告诉我们该风机年生产多少电能。这大概是业主比其他任何数据都更为关心的数字。但是，当业主考虑这一数字时，他也必须考虑机组的价格、可靠性以及运行维护成本。在风能经济性一节，我们再回到这些话题。

这里计算的年度能量输出可能与制造商提供的实际数字稍有不同。如果你改变了空气密度，这就是一个特殊例子。在这种情况下，制造商对每种空气密度将要计算出不同的功率曲线。原因在于，对于变桨控制的风机变桨机构会随空气密度的变化自动地改变叶片的桨矩角；而对于定桨控制的风机制造商将设定一个叶片桨矩角，这个角度将随当地平均空气密度的不同而稍有差别。这一编程数据在低空气密度时比制造商的正确数字最多低3.6%；而在高空气密度时比制造商的数字最多高1.6%。

容量因子告诉我们机组使用了它的（主）发电机多少份额的额定容量。在风机年能量输出一节，你可以了解得更多。

注1：如果你想比较具有同样转轮直径的两台风机的性能，肯定你要采用相同的轮毂高度。

注2：如果你想比较具有不同转轮直径的机组，就应当考察每平方米转轮面积的能量输出（你还应当使用相同的轮毂高度）。

注3：低风速机组（相对于发电机尺寸而言具有更大的转轮直径）在高风速场址运行一般说来性能较差，反之亦然。多数低风速机组不是为具有强风的高风速地区设计的。