风轮尺寸与额定风速

风力发电机组的切入风速与额定风速表

这是早些年的规定，近些年常用年平均风速来确定额定风速（有关年平均风速见相关词语定义），根据国外的统计资料，在降低制造成本的前提下以年平均风速来计算额定风速，对于可变桨风力机的额定风速为年平均风速的1.67至1.77倍；对于失速型风力机的额定风速为年平均风速的2倍以上。按此计算出的额定风速比上表的数值要高，针对大型水平轴风力机或许更合适些。我们觉得对于风速变化不太大的环境与具有良好安全性能的可变桨风力机可适当减小这个比例，以降低成本。

但许多微型小型风力机既不能变桨又无自动安全保护功能，为适应宽的风速变化范围在大风时不烧毁发电机，不得不把额定风速定得比较高，额定风速为年平均风速的2倍以上。多以13m/s或更高作为额定风速。额定风速13m/s的风力发电机在风速为6m/s运行时，其功率仅为额定功率的10%，对于大部分时间工作在6m/s风速下确实是浪费。

我国内地平原地区年平均风速较低，若大风很少的话可降低额定风速，但要有一定的防护措施以防万一。靠沿海地区平均风速高一些，但沿海地区会有强台风，必须加强风力机的抗强风能力。

风力机的其它性能要求

除了额定风速外，风力机还有切出风速、停机风速、安全风速等风速指标以及发电机组的工作范围，在国家标准都有规定，下面附上GB/T 19068.1-2003《离网型风力发电机组技术条件》部分有关内容：

3.3 性能要求

3.3.1 机组的切人风速和额定风速应符合GB/T 13981-1992中6.1.1的规定。

3.3.2 机组在额定工况下，其输出应不小于额定功率。

3.3.3 机组的切出风速应不小于17 m/s,

3.3.4 机组的停机风速应不小于18 m/s,

3.3.5 机组的安全风速应不小于50 m/s,

3.3.6 机组的最大工作转速应符合以下要求: 额定功率小于或等于1kW，应不大于额定转速的150%;额定功率大于1kW，应不大于额定转速的125%.

3.3.7 机组的安全防护系统应保证机组运行时不超过最大工作转速，且在停机风速下能自动或人工停机。

3.3.8 机组在所允许的工作转速范围内，其最大输出功率应不大于1.5倍的额定功率。

风轮计算实例

下面我们试举一个例子，计算一个能在年平均风速（6m/s）下必须输出500W的垂直轴风力发电机组的风轮扫掠面积与发电机的额定功率，这是一个三叶片的H型升力型垂直轴风力发电机的风轮（见下图）

升力型垂直轴风力机扫掠面积

风轮扫掠面积S为

下面来确定该风力机的额定功率以选择发电机的额定功率，首先确定额定风速为13m/s，计算出通过风力机的总功率，

 风力机的效率按35%计算出风力机的额定功率为5906W,选择额定功率为5kW的发电机较合适。这只是概念设计，是理想的数据，实际上风力机在不同风速时的叶尖速比也不同，在高风速与低风速时效率都会低。

简单说上面结果是：额定功率为5kW的风力发电机组，风轮扫掠面积约13平方米，在年平均风速（6m/s）下的发电功率为500W。实际上的发电功率还会小些，因为发电机在低速运行时的效率较低。不过还是有很多时候风力会大于平均风速，发电机会输出1kW或2kW以上的电力。

切入风速的大小

也被称为最小发电风速，按国家标准GB/T 13981-1992中6.1.1条中规定小型风力机的切入风速是3.5m/s。有些厂商为了追求能在微风时也能发电，在结构与风叶设计上下功夫也能做到在1m/s风速时发出电来，这样的风力机很轻巧灵活；但要使该风力机在切出风速17 m/s时也能正常工作还要能抗安全风速，必须结实牢固，电机还要能适应很大的速度变化范围，这又要在结构与风叶设计上下功夫，系统也会复杂，势必增加成本，是否经济合算要慎重考虑。我们觉得还是选3m/s左右较合适。

相关术语定义

切入风速   风力机对额定负载开始有功率输出时的最小风速。 

额定风速   设计与制造部门给出的使机组达到规定输出功率的最低风速。

切出风速   由于调节器作用，使风力机对额定负载停止功率输出时的风速。

停车风速   控制系统使风力机风轮停止转动的最小风速。  

安全风速   风力机在人工或自动保护时不致破坏的最大允许风速。

额定转速   空气在标准状态下，对应于机组额定风速时的风轮转速。

额定功率   空气在标准状态下，对应于机组额定风速时的输出功率值。

平均风速   给定时间内瞬时风速的平均值，给定时间从几秒到数年不等。

年平均风速  按照年平均的定义确定的平均风速。通常以年平均风速来衡量所在地区的风能大小。

年平均风速的测量方法    年平均风速就是全年逐小时风速的平均值，测量方法为观测高度距离地面10m，采用自动记录风速仪，每秒采样一次，连续测量10min计算出平均值。以正点前10 min测量的风速平均值代表这一个小时的平均风速，年平均风速是全年逐小时风速的平均值。对于风电场测量可按风力机轮毂高度来测量平均风速，例如距离地面50m、60m等。一般来说年平均风速大于6m/s的地区建风电场才可获得良好的经济效益。