1.风的本质

空气在大气中的循环是由太阳对地球表面的不均匀加热引起的。紧靠温暖区域上方的空气膨胀，被周围较冷的较冷空气强迫向上流动，从而引起风。

地形的性质，云的程度和天空中太阳的角度都是影响此过程的因素。

通常，在白天，陆地上方的空气比水上的空气倾向于更快地加热。在沿海地区，这表现为强烈的陆上风。在晚上，过程相反，因为空气在陆地上的冷却速度更快，因此微风从海岸吹散。

尽管风是间歇性的，但任何特定地点的风型逐年保持非常稳定。丘陵和沿海地区的平均风速比内陆好。在表面阻力较小的水表面上，风也倾向于吹得更均匀，强度更高。

2.风中的力量

风因其运动而具有能量。任何能够减慢移动空气质量的装置，例如帆或螺旋桨，都可以提取部分能量并将其转化为有用的工作。

有三个因素决定了风车产生的输出功率，它们是

（1）风速

（2）转子扫过的风的横截面，以及

（3）转子，传动系统以及发电机或泵的整体转换效率。

无论如何设计，任何设备都不能提取所有风能，因为必须将风停下来，这将阻止更多的空气通过转子。对于转子，最大可能的减速方式是使截留空气的整个水平列减速至其自由速度的三分之一左右。

因此，效率为100％的风力发电机最多只能将风中可用能量的最多约60％转换为机械能。

设计良好的叶片通常会提取理论最大值的70％，但在齿轮箱，传动系统以及发电机或泵中引起的损耗可能会使风管的总效率降低至35％或更低。

2.1风中功率的计算

风中的功率可以通过使用动力学（与运动有关或由运动产生的运动学方法）来计算。风车的工作原理是将风的动能转换为机械能。

我们知道，功率等于每单位时间的能量。可用的能量是风的动能。任何粒子的动能等于其质量的一半乘以其速度的平方。

粒子的动能=?mv 2

在哪里

M：颗粒质量（kg）

V：粒子速度（m / s）

以单位时间通过面积“ A”且速度为“ V”的空气量为A x V，其质量“ m”等于其体积乘以其空气密度“ρ”。

m =ρAV

其中，m是穿过风车型发电机的旋转叶片扫过的区域“ A”的空气质量

2.2功率系数

可以由转子提取的自由流风能的一部分称为功率系数；因此，

功率系数=风力发电机的功率/风中可用的功率

如前所述，可用功率由空气密度，转子直径和自由风速计算得出。最大理论功率系数等于16/27或0.593。在自由流动的风流中，转子不能超过该值。

具有适当空气动力学设计的螺旋桨式叶片的理想转子的功率系数将接近0.59。但是，当在高速风流中以高速率旋转时，这种转子的强度不足以承受其所承受的应力。

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