风能与风力发电技术题库下

第1页共14页《风能与风力发电技术》题库(下)洪庆第5章风轮机和风电场数值计算风轮机和风电场数值计算学习要点1、了解风力机及风场流场的控制方程组及解法；2、了解数值软件的计算功能；3、理解数值设计风力机、风场开发设计软件包的作用；4、了解数值设计软件包的功能。一、填空题：1、风力机、风场设计软件包，应包括：_______风轮外形_______设计子包，__风力机气动载荷____分析子包，_____风力机结构动力_____分析子包和____风力机场址选择__________分析子包。2、风力机、风场设计软件包可完成风力机_____气动设计__、______性能计算___、______动力学分析_________、风电场选址___和经济性分析。3、控制方程可通过对两种“控制体”应用基本物理规律导出，一种控制体被固定在流动空间中___不动______，运动流体不断通过此固定空间；另一种控制体随流体一起___运动___，_相同的流体微粒总在控制体内保持不变。4、给定_边界条件和初始条件（初值）就确定了控制方程有特解。5、风轮机气动设计软件（WTD1.0）提出了一套风轮机叶轮气动设计的数值方法，并建立了一套有_工程应用_价值、考虑流动三维效应的风轮机气动数值模型。6、利用风力机模型风洞试验，可为风力机的风轮片外形设计及其参数选择，实际性能预测，风轮的载荷计算和强度设计等提供科学依据。二、判断题1、使用WTD1.0软件，对风轮机进行了功率计算，从启动风速到额定风速，WTD软件的计算结果与测试功率非常吻合。（√）2、当风速很低(3～6m/s)时，弦长对功率的影响不明显。（√）3、使用WRD软件计算的额定功率与测试结果相差则不大。（×）4、风轮机叶片间的气动干扰，随风速提高而增强。（×）5、使用WRD软件计算的额定功率与测试结果相差则较大。（√）6、风轮机叶片间的气动干扰，随风速提高而下降。（√）7、使用WTD1.0软件，对风轮机进行了功率计算，从启动风速到额定风速，WTD软件第2页共14页的计算结果与测试功率相差则较大。（×）8、WTD软件的数值计算结果与叶轮的气动特征定性不一致。（×）9、风速从接近失速风速到高于失速风速时，弦长对功率的影响就变得很明显。（√）10、WTD软件的数值计算结果与叶轮的气动特征定性一致。（√）11、WTD软件设计了分析计算风力机叶轮的起动力矩的功能。（√）12、WRD软件没有分析计算风力机叶轮的起动力矩的功能。（√）三、选择题1、风力机、风场设计软件包，应包括(C)个子包。A、2B、3C、4D、52、风力机设计软件包可完成(D）风力机气动设计、性能计算、动力学分析、风电场选址和经济性分析。A、风力机气动设计B、风力机性能计算和动力学分析C、风电场选址和经济性分析D、以上都是。3、一般风场在大部分时间内的风速都在(C)范围内。A、3～10m/sB、3～14m/sC、4～10m/sD、5～14m/s4、WTD1.0软件的数值计算结果(A)风轮机叶片数目的选取。A、能够优化B、可简化C、不能优化D、不一定能优化四、简答题1、风轮机设计软件的作用有哪些？答：提出了一套风轮机叶轮气动设计的数值方法，并建立了一套有工程应用价值、考虑流动三维效应的风轮机气动数值模型。2、为什么风速较低时，弦长对功率的影响不明显呢？答：当风速很低(3～6m/s)时，弦长对功率的影响不明显。两倍弦长(叶片的弦长加宽为是原叶片弦长的两倍)叶轮的功率，反而略小于原弦长叶轮的功率，这是因为当风速较低时，两倍弦长叶片间的气动干扰较大。风速从接近失速风速到高于失速风速时，弦长对功率的影响就变得很明显。两倍弦长叶轮功率近似于原弦长叶轮功率的两倍；而原弦长叶轮功率又近似于半倍弦长叶轮功率的两倍。这表明风轮机叶片间的气动干扰，随风速提高而下降。五、计算题1、下图给出安装角从-2.5～10°的叶轮轴功率变化图。试分析安装角与风轮功率之间有何关系？为什么？安装角为7.5°和10°的叶轮是不是理想的风轮呢？第3页共14页解：图中可知：安装角愈大最大功率愈高，7.5°和10°的叶轮最大功率要比0°和2.5°时要高。但在中低风速(4～10m/s)区，大安装角风轮的功率比小安装角风轮的功率略低。这是因为大安装角叶片风轮在低风速时就发生了气动分离，而小安装角风轮在高风速时才发生气动分离。显然,安装角为7.5°和10°的叶轮并不是理想的风轮，因一般风场在大部分时间内的风速都在4～10m/s范围内。2、用WTD软件分别计算了3、6、12片风轮机的功率，计算结果如下图所示。试比较12片和3片风轮机的轴功率计算结果可以发现：（1）、当风速低于多少m/s时，12片风轮机的轴功率低于3片风轮的轴功率？（2）、只有当风速高于多少m/s时，12片风轮的轴功率才会大大地高于3片风轮？解：比较12片和3片风轮机的轴功率计算结果可以发现：（1）当风速低于11m/s时，12片风轮机的轴功率低于3片风轮的轴功率；（2）只有当风速较高(如高于14m/s)时，12片风轮的轴功率才会大大地高于3片风轮。第6章典型风轮机设计数据风典型风轮机设计数据学习要点1、了解德国Repower公司和Nordex公司的典型风力机设计数据；2、掌握风力机特性核算方法；第4页共14页3、熟练掌握风电设备的优化设计的方法；4、了解国内一些典型风力机的设计数据。一、填空题：1、全球最大的风力机供应商是_______丹麦_______的VestasWindSystems公司。2、德国Repwor公司的5M风力机是用于_______海上_______风电场。3、风轮机的_________能量利用系数_________偏低，风能没有被高效利用。原因是___________高速特性数__________设计偏小，__________设计转速__________偏低，_________设计点较大_________偏离最佳高速特性数。二、判断题1、德国Repwor公司的5M风力机是用于海上风电场，德国NORDEX公司的S70/S77风力机也可用于海上风电场。（√）2、N80/2500kW、N90/2300kW风力机的风能利用系数CP数值都偏低，原因是高速特性数设计偏大。（×）3、德国NORDEX公司N80/2500kW、N90/2300kW风力机主要用于海上风电场。。（√）4、（√）5、N80/2500kW、N90/2300kW风力机的风能利用系数CP数值都偏低，原因是高速特性数设计偏小，设计点较大偏离最佳高速特性数。（√）6、N90/2300kW风力机的风能利用系数CP数值偏低。（√）三、选择题1、德国Repwor公司的5M风力机额定功率为（B）。A、5000WB、5000kWC、750kWD、1500kW2、新疆金风科技S62-1200风力机设计风速为（A）m/s。A、12B、14C、15D、15.43、德国NORDEX公司的S70/S77风力机用行星齿轮增速，（A）电机。A、双回路异步B、单回路异步C、双回路同步D、单回路同步4、用行星齿轮增速，双回路异步电机的风力机是（D）。A、德国NORDEX公司的S70/S77风力机B、德国Repwor公司的5M风力机C、德国NORDEX公司N80/2500kW、N90/2300kW风力机D、以上都是四、简答题第5页共14页1、S70/1500kW、S77/1500kW风力机的风能利用系数都偏低，风能没有被高效利用的原因是什么？答：风能没有被高效利用原因是：高速特性数λ设计偏小，设计转速偏低，设计点较大偏离最佳高速特性数。2、试简述新疆金风科技S62-1200风力机典型设计数据？答：1200kW风力机典型设计数据为：转子直径62m；设计转速15.5r/min；设计功率1200kW。设计转速12m/s3、风力发电机的转速与传动比之间有何关系？答：关系是：风力发电机电机转速=转速范围×传动比i。4、风力发电场选址应综合考虑那些因素？五、计算题1、已知5M风力机额定功率5000kW，设计额定风速13m/s，转子直径126m，设计转速9.5rpm，三片叶片，叶片长61.5m，重17.7吨。用行星齿轮增速，双回路异步电机，6级。（1）试对5M典型M风力机特性进行核算；（2）说明5M风轮的能量利用系数的高或低的原因，并对其优化设计。解：（1）1）核算能量利用系数Cp：风轮机功率与叶片长、风速、能量利用系数有下列关系：2）核算叶顶周速/风速比λ=4.82第6页共14页（2）1）可见：5M风轮机的能量利用系数Cp偏低，风能没有被高效利用。原因是高速特性数λ设计偏小，设计转速偏低，设计点较大偏离最佳高速特性数λP。2）优化设计：λP=7。5设计改进风轮转速：2、已知：新疆金风科技S62-1200风力机典型设计数据为r=31m,P=1200KW=1200000W,n=15.5rp/mim;1200kW风力机高速特性数如下图所示，试对1200风力机进行优化设计。解：1）核算能量利用系数Cp和设计风速Vw：风轮机功率与转子半径、风速、能量利用系数有下列关系：能量利用系数和风速2）核算叶顶周速/风速比λ：可见：核算的1200kW风力机的风能利用系数Cp=0.38，设计风速Vw=12m/s风能利用系数稍低，风能利用较好。如果高速特性数λ设计再高点，设计转速再第7页共14页高点（见图18.5r/min），设计功率可达1360kW。第7章风力机发电系统风力机发电系统学习要点1、了解恒速/恒频发电机系统；2、了解变速/恒频发电机系统；3、理解风力机对发电机及发电系统的一般要求；4、了解小型离网型风力机的直流发电系统。。一、填空题：1、风力发电包含了由_______风能_______到机械能，和由机械能到______电能______。2、恒速/恒频发电机系统是较简单的一种，采用的发电机有两种：______同步______发电机和______鼠笼型感应______发电机。3、变速/恒频发电机系统，可以在很宽的风速范围内，保持近乎恒定的最佳叶尖速比，从而提高了风力机的运行效率。4、同步发电机的主要优点是，可以向电网或负载提供_____无功功率_____。5、并网运行的风力发电机组,要求发电机的________输出频率_______必须与_______电网频率_______一致。6、保持发电机输出频率恒定的方法有两种:①_____恒转速/恒频系统_____，采取失速调节或者混合调节的风力发电机,以恒转速运行时,主要采用__异步感应发电机_____；②_____变转速/恒频系统_____，用_________“电力电子变频器”将发电机发出的频率变化的电能转化成频率恒定的电能。7、感应发电机也称为________异步_______发电机，有鼠笼型和绕线型两种。在恒速/恒频系统中，一般采用_______鼠笼型异步_______电机。8、感应发电机可以有_____并网运行_____和_____单独运行_____两种运行方式。9、直流发电系统大都用于____10____千瓦以下的微、小型风力发电装置，与____蓄电池储能器____配合使用。10、直流发电系统所用的发电机主要是________交流永磁发电机________和________无刷自励发电机________，经________整流器________整流后输出直流电。二、判断题第8页共14页1、变速/恒频发电机系统与恒速/恒频系统相比，可提高了风力机的运行效率。（√）2、鼠笼型感应发电机稍高于同步速的转速运行。（√）3、与恒速/恒频系统相比，变速/恒频发电机系统的风/电转换装置的电气部分变得较为复杂和昂贵。。（√）4、三相电机比相同额定功率的单相电机，一般体积较小、效率较高、。（√）5、同步发电机的同步转速由电机极对数和频率所决定（√）6、同步发电机的缺点是，它的结构以及控制系统比较复杂，成本比感应发电机高。（√）7、三相电机比相同额定功率的单相电机，一般体积较大、效率较高。（×）三、选择题1、变转速运行的风力发电机有（C）两大类。A、双绕组双速感应发电机和双定子感应发