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摘 要：我国青藏高原因其特殊的地理位置导致能源利用率不高，但是风力资源却十分丰富且具有很高的开发价值。因高原地区海拔高所导致的空气密度低等一系列不利于风力资源效率的提高，作者基于风力发电的原理，为风轮结构提出相应的改进建议;同时，针对适应高原地区恶劣的自然环境，为风力机提出了相应的强化措施。
关键词：高原地区;风力发电;改进建议
前言
青藏高原地区能源存在巨大缺口，由于地理因素，外来能源难以输入;又出于环保方面的考虑，青藏高原地区当地能源的开发受到限制;再加上其他可再生绿色能源有存在诸多短板，如：太阳能在夜间无法使用，水电建设周期长，短时间不能投入使用。而风力发电很好的解决了这些问题。风力发电清洁无污染，建设周期短，可以和太阳能形成互补，并且青藏高原地区有丰富的风力资源，可以弥补青藏高原地区的电力缺口。[1]
由于青藏高原地区空气密度较低的特点，普通设计的适用于平原地区的风力发电机难以在高原地区高效的发电，所以需要对风力发电机风轮部分进行优化。
通过对西藏地区独特环境的分析，作者根据相应的风力发电机的计算公式，对风轮结构及叶片结构进行优化设计，并提出合理建议，期望能提高垂直轴风力机叶片的风能利用率，以适应青藏高原地区空气密度低的特点。
海拔升高对空气密度的影响
根据气体状态方程式解得空气密度与海拔高度的关系为：[2]
空气密度随海拔高度的变化关系如表1所示：
由于西藏高原地区的海拔相对于海平面高很多，且大气压会随海拔的上升而大幅度下降。在相同温度下，高原上的空气密度仅有平原地区的70%-80%。在海拔四千米的青藏高原地区，年平均气压在65.25kPa以下，不到海平面的2/3。空气密度下降对风力資源的利用的影响是不可忽视的，为更高效率利用青藏地区的风能资源，有必要对风力机的结构进行改进以适应多变的高原气候。[3]
如果取平原地区的相对空气密度为1，那么西藏各地的相对空气密度图一所示：
根据贝兹理论[4]，理想叶轮从风源吸收的最大功率为：
在常温及标准大气压下，空气密度为1.225kg/m3，记为ρ0;相同温度下海拔四千米地区的空气密度记为ρ1，ρ1=0.8437kg/m3;对相同参数的风轮机在两种空气密度下所获得的最大功率进行对比可得：
由此可见，高原地区较低的空气密度对风力机捕获风能影响很大，因此较低的空气密度成为在西藏地区应用风力发电机必须面对的问题。赵斌教授[5]在《高原地区垂直轴风力机应用分析》中，应用数值模拟的方法得出：在高原地区，相同温度与风速条件下，垂直轴风力发电机为达到与平原地区相同的发电输出功率，风轮面积要是平原地区的1.54倍，或叶片长度要达到平原地区的1.5倍。
其他特殊气候的影响
海拔每升高一千米，太阳的直接辐射强度将增加。高强度的辐射会加剧材料的老化，因此，为延长风力发电机的使用寿命，需要使用抗辐射能力强的材料制作风力发电机，或使用防辐射涂料保护机身。青藏高原地区是雷暴多发地区，高于全国平均水平，而雷击是导致风力发电机损坏的重要因素。所以在风力发电厂周围应安装避雷装置。风力发电机叶片结霜严重影响发电效率，甚至会对风力发电机造成损坏，而青藏高原地区无霜期很短，只有一百天左右，且青藏高原地区水汽充足，使风力发电机叶片很容易结霜。为维持风力发电机稳定的发电效率，应为风力发电机加装除霜装置。[6][7][8]
结语
为达到和平原相同的发电输出功率，高原地区的风力发电机风轮面积要是平原地区的1.54倍，或叶片长度是平原的1.5倍。为适应高原地区的气候条件，风力发电机应当具有一定防辐射功能，有除霜装置，在风力发电场应当有避雷装置。
青藏高原地区的发展相对中国其他地区都要落后，为了实现我国的全面发展，缩小贫富差距，建设青藏高原势在必行，而一切建设离不开能源。但为了保护环境又不必须使用绿色能源，所以要努力发展适用于青藏高原地区的风力发电项目。
参考文献
[1]何一.崔怀树，孙庆.西藏风力发电发展前景浅析[J].水电站设计，2018，34（4）：69-72.
[2] 文贤馗， 肖永， 林呈辉等. 贵州高原山区空气密度对风电功率影响研究[J]. 中国电力， 2014， （7）：101-103.
[3]白树华，卢继平，西藏高原环境对风力发电的影响[J].农村电气化，2006，9：5-8
[4]陈云程等编，风力机设计与应用[M].上海：上海科学技术出版社 .1990 第106页.
[5]赵斌，马海鹏，赵元星，等. 高原地区垂直轴风力机应用分析[J]. 排灌机械工程学报，2018， 3： 250-256.
[6]缪江豫，邢瑞鹏. 我国高原地区风力发电研究[C]. 河南省建筑电气技术情报网、河南省建筑专业委员会、河南省智能建筑专业委员会.2011建筑工程电气技术文集.河南省建筑电气技术情报网、河南省建筑专业委员会、河南省智能建筑专业委员会：河南省科学技术协会，2011：151-153.
[7]王富. 高原环境对风力发电机组的影响及设计改进[D].上海交通大学，2010.
[8]赵岩.西藏高原地区风力发电场设计研究[D].华北电力大学（北京），2015.
关键词：高原地区;风力发电;改进建议
前言
青藏高原地区能源存在巨大缺口，由于地理因素，外来能源难以输入;又出于环保方面的考虑，青藏高原地区当地能源的开发受到限制;再加上其他可再生绿色能源有存在诸多短板，如：太阳能在夜间无法使用，水电建设周期长，短时间不能投入使用。而风力发电很好的解决了这些问题。风力发电清洁无污染，建设周期短，可以和太阳能形成互补，并且青藏高原地区有丰富的风力资源，可以弥补青藏高原地区的电力缺口。[1]
由于青藏高原地区空气密度较低的特点，普通设计的适用于平原地区的风力发电机难以在高原地区高效的发电，所以需要对风力发电机风轮部分进行优化。
通过对西藏地区独特环境的分析，作者根据相应的风力发电机的计算公式，对风轮结构及叶片结构进行优化设计，并提出合理建议，期望能提高垂直轴风力机叶片的风能利用率，以适应青藏高原地区空气密度低的特点。
海拔升高对空气密度的影响
根据气体状态方程式解得空气密度与海拔高度的关系为：[2]
空气密度随海拔高度的变化关系如表1所示：
由于西藏高原地区的海拔相对于海平面高很多，且大气压会随海拔的上升而大幅度下降。在相同温度下，高原上的空气密度仅有平原地区的70%-80%。在海拔四千米的青藏高原地区，年平均气压在65.25kPa以下，不到海平面的2/3。空气密度下降对风力資源的利用的影响是不可忽视的，为更高效率利用青藏地区的风能资源，有必要对风力机的结构进行改进以适应多变的高原气候。[3]
如果取平原地区的相对空气密度为1，那么西藏各地的相对空气密度图一所示：
根据贝兹理论[4]，理想叶轮从风源吸收的最大功率为：
在常温及标准大气压下，空气密度为1.225kg/m3，记为ρ0;相同温度下海拔四千米地区的空气密度记为ρ1，ρ1=0.8437kg/m3;对相同参数的风轮机在两种空气密度下所获得的最大功率进行对比可得：
由此可见，高原地区较低的空气密度对风力机捕获风能影响很大，因此较低的空气密度成为在西藏地区应用风力发电机必须面对的问题。赵斌教授[5]在《高原地区垂直轴风力机应用分析》中，应用数值模拟的方法得出：在高原地区，相同温度与风速条件下，垂直轴风力发电机为达到与平原地区相同的发电输出功率，风轮面积要是平原地区的1.54倍，或叶片长度要达到平原地区的1.5倍。
其他特殊气候的影响
海拔每升高一千米，太阳的直接辐射强度将增加。高强度的辐射会加剧材料的老化，因此，为延长风力发电机的使用寿命，需要使用抗辐射能力强的材料制作风力发电机，或使用防辐射涂料保护机身。青藏高原地区是雷暴多发地区，高于全国平均水平，而雷击是导致风力发电机损坏的重要因素。所以在风力发电厂周围应安装避雷装置。风力发电机叶片结霜严重影响发电效率，甚至会对风力发电机造成损坏，而青藏高原地区无霜期很短，只有一百天左右，且青藏高原地区水汽充足，使风力发电机叶片很容易结霜。为维持风力发电机稳定的发电效率，应为风力发电机加装除霜装置。[6][7][8]
结语
为达到和平原相同的发电输出功率，高原地区的风力发电机风轮面积要是平原地区的1.54倍，或叶片长度是平原的1.5倍。为适应高原地区的气候条件，风力发电机应当具有一定防辐射功能，有除霜装置，在风力发电场应当有避雷装置。
青藏高原地区的发展相对中国其他地区都要落后，为了实现我国的全面发展，缩小贫富差距，建设青藏高原势在必行，而一切建设离不开能源。但为了保护环境又不必须使用绿色能源，所以要努力发展适用于青藏高原地区的风力发电项目。
参考文献
[1]何一.崔怀树，孙庆.西藏风力发电发展前景浅析[J].水电站设计，2018，34（4）：69-72.
[2] 文贤馗， 肖永， 林呈辉等. 贵州高原山区空气密度对风电功率影响研究[J]. 中国电力， 2014， （7）：101-103.
[3]白树华，卢继平，西藏高原环境对风力发电的影响[J].农村电气化，2006，9：5-8
[4]陈云程等编，风力机设计与应用[M].上海：上海科学技术出版社 .1990 第106页.
[5]赵斌，马海鹏，赵元星，等. 高原地区垂直轴风力机应用分析[J]. 排灌机械工程学报，2018， 3： 250-256.
[6]缪江豫，邢瑞鹏. 我国高原地区风力发电研究[C]. 河南省建筑电气技术情报网、河南省建筑专业委员会、河南省智能建筑专业委员会.2011建筑工程电气技术文集.河南省建筑电气技术情报网、河南省建筑专业委员会、河南省智能建筑专业委员会：河南省科学技术协会，2011：151-153.
[7]王富. 高原环境对风力发电机组的影响及设计改进[D].上海交通大学，2010.
[8]赵岩.西藏高原地区风力发电场设计研究[D].华北电力大学（北京），2015.