[科普中国]-风能利用系数

定义

风能利用系数用Cp表示，表示了风力发电机将风能转化成电能的转换效率。根据贝兹理论，风力发电机最大风能利用系数为0.593。风能利用系数大小与叶尖速比和桨叶节距角有关系。它的具体表达式如下：

其中， ——空气密度，单位为kg/m3；

——风力机实际获得的轴功率，单位为W；

——风轮的扫风面积，单位为m2；

——实际风速，单位为m/s。1

近似表达风力机的特性通常由一簇功率系数Cp的无因次性能曲线来表示，风能利用系数是风力机叶尖速比和节距角的函数，即,风能利用系数Cp，可近似用一下公式表示：

从图中可以得出一下两点结论：

(1)对于某一固定桨距角，存在唯一的风能利用系数最大值Cpmax，对应一个最佳叶尖速比opt；

(2)对于任意的尖速比名，桨叶节距角=0。下的风能利用系数Cp相对最大。

桨叶节距角增大，风能利用系数Cp明显减小。

以上两点即为变速恒频变桨距控制的理论依据：

在风速低于额定风速时，桨叶节距角=0，通过变速恒频装置，风速变化时改变发电机转子转速，使风能利用系数恒定在Cpmax，捕获最大风能；

在风速高于额定风速时，调节桨叶节距角从而减少发电机输出功率，使输出功率稳定在额定功率2。