[科普中国]-风能公式

由于风力机需要根据一个确定的风速来设计风力机的额定功率，这个风速称为额定风速。在这种风速下，风力机功率达到最大。风力工程中，把风力机开始运行作功时的这个风速称为起动风速或切入风速。大到某一极限风速时，风力机就有损坏的危险，必须停止运行，这一风速称为停机风速或切出风速。因此，在统计风速资料计算风能潜力时，必须考虑这两种因素。通常将从切入风速到切出风速之间的风力称"有效风力"。这个范围内的风能称为"有效风能"。因此还必须引入有效风能密度这一概念，它是有效风力范围内的风能平均密度。

简介风能的利用主要是将它的动能转化为其他形式的能，因此计算风能的大小也就是计算气流所具有的动能。在单位时间内流过垂直于风速截面积S(m2)的风能，即风功率：

W=1/2ρv3S

式中，W为风能，单位为kg·m2·s-3，即为W，ρ为空气密度，单位kg/m3；v为风速，单位m/s。上述公式是常用的风功率公式。而风力工程上，则又习惯称为风能公式。

可以看出风能大小与气流通过的面积、空气密度和气流速度的立方成正比。因此，在风能计算中，最重要的因素是风速，风速取值准确与否对风能的估计有决定性作用。如风速大1倍，风能可大8倍。1

风能密度公式为了衡量一个地方风能的大小，评价一个地区的风能潜力，风能密度是最方便和有价值的量。风能密度是气流在单位时间内垂直通过单位截面积的风能。将上式除以相应的面积S，当S=1，便得到风功率密度公式，也称风能密度公式：

w=1/2ρv

由于风速是一个随机性很大的量，必须通过一定时间的观测来了解它的平均状况。因此在一段时间长度内的平均风能密度，可以将上式对时间积分后平均。

当已知在T时间长度内风速。的概率分布P(v)后，平均风能密度便可计算出来。

风速分布P(v)在研究了风速的统计特性后，可以用一定的概率分布形式来拟合，这样就大大简化了计算的手续。1

应用由于风力机需要根据一个确定的风速来设计风力机的额定功率，这个风速称为额定风速。在这种风速下，风力机功率达到最大。风力工程中，把风力机开始运行作功时的这个风速称为起动风速或切入风速。大到某一极限风速时，风力机就有损坏的危险，必须停止运行，这一风速称为停机风速或切出风速。因此，在统计风速资料计算风能潜力时，必须考虑这两种因素。通常将从切入风速到切出风速之间的风力称"有效风力"。这个范围内的风能称为"有效风能"。因此还必须引入有效风能密度这一概念，它是有效风力范围内的风能平均密度。1

本词条内容贡献者为:

刘勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院