【风电传说之五】贝兹理论告诉你：百分百转换风能是白日梦-北极星风力发电网

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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

如果风中全部的能量，在通过叶轮的时候被 100% 转化为机械能，那么风就不会再吹，通过叶片的空气风速降为0。这就意味着空气会在叶片后面阻滞聚集，也就没有后续流动的空气来推动叶片，产生能量了。

再通俗些讲，若风的动能全部被叶片吸收，叶片后方空气与前方空气双方气压持平，好比一群人进旋转门，刚通过的人筋疲力尽无法继续前行(风通过叶片100%动能转换)，因此门外面的人由于前面的阻碍也无法前行(后面的风无法继续通过叶片)，因此叶片就不转了。

当然随着科技的发展，现在出现了一些类似于“无叶片风力发电机”这样的新产品，贝兹理论是不是依旧适用就不一定了，当然此类有高度问题这些小编还未深入了解，如果有机会小编会在以后的系列中在进行说明。

原标题：【风电科普】贝兹理论告诉你：百分百转换风能是白日梦（警告：内有大量公式打开需谨慎）

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