風能 - 基礎理論

為了理解風能，我們遵循質量守恆定律和能量守恆定律。下圖所示管道被假設為代表流入和流出渦輪葉片的風。

速度V_a被假設為V₁和V₂的平均值。管口處的動能由下式給出：

KE = 1/2 mV²

能量變化的KE = 1/2 mV₁² - 1/2 mV₂²

1/2 m(V₁² - V₂²)

由於m = p.A.V_a，則KE變化，Pk = 1/2 p.A.V_a (V₁² - V₂²)

進一步簡化後，估計的風能為：

KE, pk = 0.5925 * 1/2pAV₁³

葉片單元理論

葉片單元理論假設風力渦輪機葉片給定部分的流動不會影響相鄰部分。葉片上的這個細分稱為環帶。計算每個**環帶**的動量。然後將所有結果值相加以表示葉片，從而表示整個螺旋槳。

在每個環帶上，假設已感應出均勻分佈的速度。

動態匹配

結合動態進流模型來改進葉片單元和動量理論的估計值。基本的動態進流理論概念有助於估計葉片湍流的影響。掃掠面積處於動態狀態，有助於推導估計平均速度。

BEM理論僅在穩定風中給出估計值，但很明顯會發生湍流。然而，這由基本的動態進流模型來解釋，以提供更現實的估計。

風能的產生，尤其是在水平軸型別中，已知是葉尖速度、使用的葉片總數和具有翼型的側面的升阻比的乘積。透過**動態進流法 (DIM)**可以很好地解釋對新的穩態平衡的重新調整。

動態進流法

DIM也稱為動態尾流理論，它基於感應流，該感應流通常不是穩定的。它計算垂直於轉子的進流，同時考慮其對動態流的影響。

這簡單地考慮了尾流效應，或者簡單地說，是由葉片旋轉引起的與轉子垂直排列的空氣的速度。然而，它假設切向速度是穩定的。這被稱為**尾流效應**，它的阻力降低了風力渦輪機的效率。

發電

風力渦輪機將風中的動能轉化為電能。它們使用風車中使用的古老概念，儘管具有固有的技術，例如感測器，以檢測風向。一些風力渦輪機具有制動系統，可在強風情況下停止運轉，以保護轉子和葉片免受損壞。

與轉子軸相連的齒輪用於將葉片的轉速提高到發電機合適的轉速。在發電機內部，發生電磁感應（將機械能轉換為電能的基本方法）。軸旋轉圓柱形磁鐵與電線線圈相對。

風力發電站中所有渦輪機的電力都彙集到電網系統中，並轉換為高壓電。這實際上是電網系統中輸電的傳統技術。

需要大表面葉尖葉片，但這應取決於寬葉片產生的噪聲。一個風力發電場可能有多達100個發電機，這將導致更大的噪音。