同济大学：《新能源》课程教学资源（PPT课件讲稿）第四讲 风能利用技术

风能利用技术

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表3-2-1 风速等级及其特征 风速 风速 等级 级别 名称 陆地地面物的征象 0 004 静风大风稳静,炊烟直上。 05-1.5软风烟随风飘动,风向可辩,但风标不动 2 轻风脸有风感,树叶动,风标也动 3 3.5-5 微风树叶和细枝摇动,小旗展开。 5.5-8 和风尘沙刮起,纸片飞舞,小树枝摇动 8.1~10.9 青风有小树摇动,池塘、沼泽水面掀起浪花。 6 114-139强风大树摇动,电线鸣叫,举伞困难 141-169疾风树身摇动,顶风行走甚感不便。 8174-204大风小树枝折断,顶风行走极为困难 9 205-23.9烈风房屋发生轻微损坏(烟囱倒塌,屋顶瓦片揭掉) 10 244-28狂风陆地少见,树木连根拔起,建筑物严重损坏。 284325暴风陆地少见,一旦发生必有重大损毁 12 32.6-35.9 想风陆地少见,其摧毁力极大 13 36.9-404 14 41.1-454 15 45.1~50 16 50.1~54 「17541160

大气的流动像水流一样,从压力高处流向压力低处,太阳能是形成大气压 差的原因。 地球自转轴与围绕太阳的公转轴存在665度的夹角,地球上不同的地点 太阳照射角度是不同的而且同一点在一年中这个角度也是变化的。 风就是水平运动的空气,空气产生运动主要是由于地球上各纬度所接受 的太阳辐射强度不同而形成的。在赤道和低纬度地区,太阳高度角(地球上 某处接受的太阳辐射能与该地点太阳照射角的正弦成正比)大,日照时间长, 太阳辐射强度强,地面和大气接受的热量多、温度较高;在高纬度地区太阳 高度角小,日照时间短,地面和大气接受的热量小,温度低。这种高纬度与 低纬度之间的温度差异,形成了南北之间的气压梯度,使空气作水平运动, 风沿水平气压梯度方向吹,即垂直与等压线从高压向低压吹。地球在自转, 使空气水平运动发生偏向的力,称为地转偏向力,这种力使北半球气流向右 偏转,南半球向右偏转,所以地球大气运动除受气压梯度力外,还要受地转 偏向力的影响。大气真实运动是这两力综合影响的结果

大气的流动像水流一样,从压力高处流向压力低处,太阳能是形成大气压 差的原因。 地球自转轴与围绕太阳的公转轴存在66.5度的夹角,地球上不同的地点, 太阳照射角度是不同的,而且同一点在一年中这个角度也是变化的。 风就是水平运动的空气，空气产生运动主要是由于地球上各纬度所接受 的太阳辐射强度不同而形成的。在赤道和低纬度地区，太阳高度角（地球上 某处接受的太阳辐射能与该地点太阳照射角的正弦成正比）大，日照时间长， 太阳辐射强度强，地面和大气接受的热量多、温度较高；在高纬度地区太阳 高度角小，日照时间短，地面和大气接受的热量小，温度低。这种高纬度与 低纬度之间的温度差异，形成了南北之间的气压梯度，使空气作水平运动， 风沿水平气压梯度方向吹，即垂直与等压线从高压向低压吹。地球在自转， 使空气水平运动发生偏向的力，称为地转偏向力，这种力使北半球气流向右 偏转，南半球向右偏转，所以地球大气运动除受气压梯度力外，还要受地转 偏向力的影响。大气真实运动是这两力综合影响的结果

实际上,地面风不仅受这两个力的支配,而且在很大程度上受海洋、 地形的影响,山隘和海峡能改变气流运动的方向,还能使风速增大,而丘 陵、山地因磨擦大使风速减少,孤立山峰却因海拔高使风速增大。因此, 风向和风速的时空分布较为复杂。海陆差异对气流运动的影响,在冬季 大陆比海洋冷,大陆气压比海洋高风从大陆吹向海洋。夏季相反,大陆比 海洋热,风从海洋吹向内陆。这种随季节转换的风,我们称为季风。所谓 的海陆风也是白昼时,大陆上的气流受热膨胀上升至高空流向海洋,到海 洋上空冷却下沉,在近地层海洋上的气流吹向大陆,补偿大陆的上升气流 低层风从海洋吹向大陆称为海风,夜间(冬季)时,情况相反,低层风从 大陆吹向海洋,称为陆风 北风 偏东风 偏西风 海风 白天 这水势 级陆 季风 (a)白昼海陆风 大陆风 夜间 (b)夜问陆海风 图3.1地球上风的运动方向 图3.2海陆风的形成图

实际上，地面风不仅受这两个力的支配，而且在很大程度上受海洋、 地形的影响，山隘和海峡能改变气流运动的方向，还能使风速增大，而丘 陵、山地因磨擦大使风速减少，孤立山峰却因海拔高使风速增大。因此， 风向和风速的时空分布较为复杂。海陆差异对气流运动的影响，在冬季， 大陆比海洋冷，大陆气压比海洋高风从大陆吹向海洋。夏季相反，大陆比 海洋热，风从海洋吹向内陆。这种随季节转换的风，我们称为季风。所谓 的海陆风也是白昼时，大陆上的气流受热膨胀上升至高空流向海洋，到海 洋上空冷却下沉，在近地层海洋上的气流吹向大陆，补偿大陆的上升气流， 低层风从海洋吹向大陆称为海风，夜间（冬季）时，情况相反，低层风从 大陆吹向海洋，称为陆风

在山区由于白天山坡受热快,温度高于山谷上方同高度的空气温度 坡地上的暖空气从山坡流向谷地上方,谷地的空气则沿着山坡向上补充 流失的空气,这时由山谷吹向山坡的风,称为谷风。夜间,山坡因辐射 冷却,其降温速度比同高度的空气交快,冷空气沿坡地向下流入山谷, 称为山风 夜间”山风” 白天”谷风

在山区由于白天山坡受热快，温度高于山谷上方同高度的空气温度， 坡地上的暖空气从山坡流向谷地上方，谷地的空气则沿着山坡向上补充 流失的空气，这时由山谷吹向山坡的风，称为谷风。夜间，山坡因辐射 冷却，其降温速度比同高度的空气交快，冷空气沿坡地向下流入山谷， 称为山风。 夜间”山风” 白天”谷风

风的变化 312.0 10 713 目 63 区 地面上 18 24(h) 图3.4不同高度处风速变化图

风的变化

h 550 45m/s 450 400 40m/s 45m/s 350 300 35m/s 40m/s 45m/s 250 回200 30m/s 燃150 30m/s 40m/s 100 50 10m/s 30m/s 20m/s 大城市中心 树林围绕的村庄、平地,海岸线地带 城市近郊 图3.6不同地面上风速和高度的关系图

         = 1 1 h h v v

表3.1不同地面情况的地面粗糙度 地面情况 粗糙度a 光滑地面,硬地面,海洋 0.10 草地 0.14 城市平地,有较高的草地,树木极少 0.16 高的农作物,篱笆,树木少 0.20 树木多,建筑物极少 0.22~0.24 森林,村庄 0. 28~0.30 城市有高层建筑 0.40

语区 平均风速 1 b 时间r(s) 图3.7阵风和平均风速图

风玫瑰图 显 南 (a)风向的16个方位 静风 14 静风≤1m (b)风玫瑰示意图 图3.8风玫瑰图

风玫瑰图