1.風的本質(zhì)

空氣在大氣中的循環(huán)是由太陽對地球表面的不均勻加熱引起的。緊靠溫暖區(qū)域上方的空氣膨脹，被周圍較冷的較冷空氣強迫向上流動，從而引起風。

地形的性質(zhì)，云的程度和天空中太陽的角度都是影響此過程的因素。

通常，在白天，陸地上方的空氣比水上的空氣傾向于更快地加熱。在沿海地區(qū)，這表現(xiàn)為強烈的陸上風。在晚上，過程相反，因為空氣在陸地上的冷卻速度更快，因此微風從海岸吹散。

盡管風是間歇性的，但任何特定地點的風型逐年保持非常穩(wěn)定。丘陵和沿海地區(qū)的平均風速比內(nèi)陸好。在表面阻力較小的水表面上，風也傾向于吹得更均勻，強度更高。

2.風中的力量

風因其運動而具有能量。任何能夠減慢移動空氣質(zhì)量的裝置，例如帆或螺旋槳，都可以提取部分能量并將其轉(zhuǎn)化為有用的工作。

有三個因素決定了風車產(chǎn)生的輸出功率，它們是

（1）風速

（2）轉(zhuǎn)子掃過的風的橫截面，以及

（3）轉(zhuǎn)子，傳動系統(tǒng)以及發(fā)電機或泵的整體轉(zhuǎn)換效率。

無論如何設計，任何設備都不能提取所有風能，因為必須將風停下來，這將阻止更多的空氣通過轉(zhuǎn)子。對于轉(zhuǎn)子，最大可能的減速方式是使截留空氣的整個水平列減速至其自由速度的三分之一左右。

因此，效率為100％的風力發(fā)電機最多只能將風中可用能量的最多約60％轉(zhuǎn)換為機械能。

設計良好的葉片通常會提取理論最大值的70％，但在齒輪箱，傳動系統(tǒng)以及發(fā)電機或泵中引起的損耗可能會使風管的總效率降低至35％或更低。

2.1風中功率的計算

風中的功率可以通過使用動力學（與運動有關或由運動產(chǎn)生的運動學方法）來計算。風車的工作原理是將風的動能轉(zhuǎn)換為機械能。

我們知道，功率等于每單位時間的能量。可用的能量是風的動能。任何粒子的動能等于其質(zhì)量的一半乘以其速度的平方。

粒子的動能=?mv 2

在哪里

M：顆粒質(zhì)量（kg）

V：粒子速度（m / s）

以單位時間通過面積“ A”且速度為“ V”的空氣量為A x V，其質(zhì)量“ m”等于其體積乘以其空氣密度“ρ”。

m =ρAV

其中，m是穿過風車型發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)葉片掃過的區(qū)域“ A”的空氣質(zhì)量

2.2功率系數(shù)

可以由轉(zhuǎn)子提取的自由流風能的一部分稱為功率系數(shù)；因此，

功率系數(shù)=風力發(fā)電機的功率/風中可用的功率

如前所述，可用功率由空氣密度，轉(zhuǎn)子直徑和自由風速計算得出。最大理論功率系數(shù)等于16/27或0.593。在自由流動的風流中，轉(zhuǎn)子不能超過該值。

具有適當空氣動力學設計的螺旋槳式葉片的理想轉(zhuǎn)子的功率系數(shù)將接近0.59。但是，當在高速風流中以高速率旋轉(zhuǎn)時，這種轉(zhuǎn)子的強度不足以承受其所承受的應力。

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