行业分析

贝兹理论告诉你:百分百转换风能是白日梦

2014-07-12 01:13  来源:中国能源报  点击:7378

  引言:小编的老领导曾经对小编说过,想要做好一个行业的记者就要先了解这个行业,成为专家型的记者,否则写出去的东西一知半解只会被读者看笑话。如今已经过了一年的时间,小编虽然还不是专家型记者,但还是有一定的行业基础知识和理论概括能力,本期为大家介绍贝兹理论与风力发电的关系。
  人们总想将风能转换率提高,然而想要100%的转换风能是不可能的,贝兹理论将会解答这是为什么。
  什么是贝兹理论
  贝兹理论:理想情况下风能所能转换成电能的极限比值为16/27 约为59.3% 。
  贝兹理论是研究风力发电学科中相关风能利用效率最基本的理论,该理论是德国的物理学家 Albert Betz 于 1919 年提出。贝兹理论是建立在一个假定“理想风轮”的基础之上——即风机能接受通过风轮的流体的所有动能,且流体无阻力,流体是连续的、不能压缩的流体。
  推导过程如下:
  v1 - 进入风速
  v2 - 残余风速
  p - 空气密度
  F - 叶片扫风面积
  P - 转换的动能
  P0 - 风的初始动能
  则叶片处单位时间内通过的风的质量 M = p*F*(v1+v2 )/2 -----式1
  根据牛顿第二定律,叶片吸收的动能等于风残余动能与风初始动能之差,于是得到:
  P = (1/2)*M*(v1^2 - v2^2)-----式2
  将式1代入式2得到:
  P = (p/4)*(v1^2 - v2^2)*(v1+v2)*F
  由风能的基本计算公式可知
  P0 = (p/2)* v1^3*F
  则有:
  P/P0 = (1/2)*(1-(v2/v1)^2)*(1+(v2/v1))
  由此可见 P/P0 为 v2/v1 的二次函数
  当 v2/v1 = 1/3 时
  P/P0 为最大值 16/27
  为什么无法达到100%的利用