2025年能源專業(yè)考研風(fēng)電技術(shù)專項訓(xùn)練（附答案）考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。）1.在風(fēng)能利用中，風(fēng)能密度的計算公式為E=1/2*ρ*A*v^3，其中ρ代表（）。A.風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率B.空氣密度C.風(fēng)輪掃掠面積D.風(fēng)速立方2.根據(jù)貝茲理論，風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠?qū)L(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的最大理論效率約為（）。A.10%B.30%C.50%D.59.3%3.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的傳動系統(tǒng)通常采用齒輪箱的主要目的是（）。A.直接將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能B.增速并傳遞扭矩C.降低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速以適應(yīng)電網(wǎng)頻率D.實現(xiàn)變槳控制4.對于水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，以下哪種控制方式主要用于使機(jī)組迎向來流方向？（）A.變槳控制B.偏航控制C.發(fā)電控制D.機(jī)械制動5.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片通常采用復(fù)合材料制造，主要原因是（）。A.成本低廉B.易于修復(fù)C.輕質(zhì)高強(qiáng)D.耐腐蝕性好6.與固定式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比，水平軸風(fēng)機(jī)偏航系統(tǒng)的主要作用是（）。A.改變?nèi)~片槳距角B.改變傳動系統(tǒng)傳動比C.調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出功率D.使機(jī)組葉片掃掠面始終正對來流風(fēng)7.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器的主要功能之一是（）。A.將直流電轉(zhuǎn)換為交流電B.實現(xiàn)機(jī)組的偏航控制C.監(jiān)控機(jī)組的運行狀態(tài)D.調(diào)節(jié)機(jī)組的槳距角8.海上風(fēng)電場相比陸上風(fēng)電場，其主要優(yōu)勢之一是（）。A.風(fēng)能資源更穩(wěn)定B.建設(shè)和運維成本更低C.對鳥類的影響較小D.基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計更簡單9.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳系統(tǒng)的主要作用是（）。A.控制機(jī)組偏航方向B.在高風(fēng)速時減小葉片受載，保護(hù)機(jī)組C.調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速D.將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能10.風(fēng)電場電氣部分的核心設(shè)備通常不包括（）。A.風(fēng)力發(fā)電機(jī)B.變壓器C.逆變器D.柴油發(fā)電機(jī)二、填空題（每空2分，共20分。）1.風(fēng)能是一種清潔、______的可再生能源。2.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的塔筒通常采用鋼制或混凝土結(jié)構(gòu)，其主要功能是支撐風(fēng)輪和機(jī)艙，并承受風(fēng)荷載、______荷載等。3.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳系統(tǒng)通常有______、失速和順槳三種工作狀態(tài)。4.電網(wǎng)對并入的風(fēng)電功率質(zhì)量和波動性有一定的要求，風(fēng)電場通常需要配置______等儲能裝置來平抑輸出功率的波動。5.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)通常包括偏航控制系統(tǒng)、______系統(tǒng)和變槳控制系統(tǒng)。6.風(fēng)能密度是指單位空氣柱中所具有的風(fēng)的動能，其單位是______。7.漂浮式海上風(fēng)電基礎(chǔ)的主要類型包括重力式、______式和S形基礎(chǔ)等。8.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉尖小翼通常用于______失速攻角，改善葉片氣動性能。9.并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率調(diào)節(jié)方式主要包括______和變槳控制兩種。10.風(fēng)力發(fā)電的電能計量通常采用______或雙電源計量方式。三、名詞解釋（每小題3分，共15分。）1.風(fēng)能密度2.葉片槳距角3.偏航控制4.主動失速5.風(fēng)電場四、簡答題（每小題5分，共20分。）1.簡述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的傳動系統(tǒng)主要由哪些部件組成及其基本功能。2.簡述風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航系統(tǒng)的作用及其工作原理。3.簡述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器的主要功能。4.簡述海上風(fēng)電相較于陸上風(fēng)電的主要特點和挑戰(zhàn)。五、計算題（每小題10分，共20分。）1.某處風(fēng)速為12m/s，空氣密度為1.225kg/m3。若風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的掃掠面積為800m2，請計算該風(fēng)機(jī)在當(dāng)前風(fēng)速下的風(fēng)能密度和可獲得的理論風(fēng)功率（假設(shè)風(fēng)能利用效率為50%）。請寫出計算公式和結(jié)果。2.某風(fēng)力發(fā)電機(jī)組額定功率為2MW，額定風(fēng)速為12m/s。假設(shè)在額定風(fēng)速下運行時，其功率曲線近似為二次曲線，且在11m/s風(fēng)速時輸出功率為1.5MW。請估算該風(fēng)機(jī)在13m/s風(fēng)速（假設(shè)空氣密度不變）下的輸出功率。請說明計算方法和步驟。六、論述題（15分。）結(jié)合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢，論述風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片設(shè)計面臨的主要挑戰(zhàn)以及可能的解決方案。試卷答案一、選擇題1.B2.D3.B4.B5.C6.D7.A8.A9.B10.D二、填空題1.取之不盡2.荷載3.順槳4.儲能5.發(fā)電控制6.W/(m2)7.樁基8.增大9.發(fā)電控制10.單電源計量三、名詞解釋1.風(fēng)能密度：指單位體積空氣中所具有的風(fēng)的動能，是衡量風(fēng)能資源豐富程度的重要指標(biāo)，計算公式為E=1/2*ρ*v^2，單位為W/m2。它代表了在單位時間和單位面積上可獲得的風(fēng)能潛力。2.葉片槳距角：指葉片翼型弦線與相對風(fēng)速之間的夾角，是控制葉片升力、阻力以及氣動效率的關(guān)鍵參數(shù)。通過改變槳距角，可以調(diào)節(jié)葉片產(chǎn)生的氣動力，從而控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率和載荷。3.偏航控制：指通過驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙旋轉(zhuǎn)，使風(fēng)輪掃掠面始終正對來流風(fēng)向的控制過程。其主要目的是在風(fēng)速和風(fēng)向變化時，保持風(fēng)輪迎風(fēng)，從而最大化捕獲風(fēng)能并減小側(cè)向風(fēng)載荷對塔筒和機(jī)艙的影響。4.主動失速：指通過變槳系統(tǒng)主動增大葉片槳距角，使葉片在達(dá)到一定攻角時產(chǎn)生氣動失速，從而限制升力、減小阻力、降低氣動載荷的控制策略。主動失速通常用于高風(fēng)速工況，以保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組免受過載損壞。5.風(fēng)電場：指由多臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、升壓變壓器、匯流箱、電氣控制設(shè)備、儲能系統(tǒng)（如有）以及相關(guān)配套設(shè)施（如道路、基礎(chǔ)等）組成的集合體，用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能并進(jìn)行并網(wǎng)或本地使用。四、簡答題1.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的傳動系統(tǒng)主要由齒輪箱、輸入軸、輸出軸和聯(lián)軸器等部件組成。其基本功能是將風(fēng)輪捕獲的機(jī)械能（通常是低轉(zhuǎn)速大扭矩）通過齒輪箱增速，然后傳遞給發(fā)電機(jī)，為發(fā)電機(jī)提供合適的工作轉(zhuǎn)速范圍，從而實現(xiàn)機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換。齒輪箱的選擇和設(shè)計對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的效率、可靠性和成本有重要影響。2.風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航系統(tǒng)的作用是在風(fēng)速或風(fēng)向變化時，驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙旋轉(zhuǎn)，使風(fēng)輪掃掠面始終正對來流風(fēng)向。其工作原理通?；趥鞲衅鳎ㄈ顼L(fēng)向標(biāo)）檢測風(fēng)向，控制器根據(jù)風(fēng)向與當(dāng)前偏航角度的偏差，發(fā)出指令給偏航驅(qū)動裝置（如液壓馬達(dá)或伺服電機(jī)），驅(qū)動機(jī)艙旋轉(zhuǎn)至目標(biāo)風(fēng)向，并通過限位開關(guān)或編碼器實現(xiàn)位置反饋和閉環(huán)控制。3.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)逆變器的主要功能是將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的交流電（通常是單相或三相交流電，頻率和電壓可能不匹配電網(wǎng)要求）轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)電壓、頻率、相位、波形完全一致的電能，并實現(xiàn)與電網(wǎng)的同步并網(wǎng)。此外，它還負(fù)責(zé)功率調(diào)節(jié)（如實現(xiàn)軟啟動、功率調(diào)節(jié)）、電網(wǎng)保護(hù)（如過流、過壓保護(hù)）、電能質(zhì)量控制（如濾除諧波）等功能。4.海上風(fēng)電相較于陸上風(fēng)電的主要特點包括：風(fēng)能資源更豐富、更穩(wěn)定，風(fēng)速高，年發(fā)電小時數(shù)長；但同時也面臨建設(shè)成本和運維成本更高、海況復(fù)雜（波濤、鹽霧腐蝕）、受臺風(fēng)等惡劣天氣影響更大、對電網(wǎng)接入要求更高、環(huán)境影響（如對海洋生物）更受關(guān)注等挑戰(zhàn)。主要挑戰(zhàn)在于惡劣海洋環(huán)境的適應(yīng)性、高成本的控制以及專業(yè)運維能力的要求。五、計算題1.計算公式：風(fēng)能密度E=1/2*ρ*v^2理論風(fēng)功率P_theory=1/2*ρ*A*v^3*η其中：ρ=1.225kg/m3,v=12m/s,A=800m2,η=50%=0.5計算過程：E=1/2*1.225kg/m3*(12m/s)^2=88.2W/m2P_theory=1/2*1.225kg/m3*800m2*(12m/s)^3*0.5=441120W=441.12kW結(jié)果：風(fēng)能密度為88.2W/m2理論風(fēng)功率為441.12kW2.計算方法：假設(shè)功率P與風(fēng)速v的三次方成正比，即P∝v^3。則在額定風(fēng)速v_N(12m/s)和非額定風(fēng)速v_other下的功率關(guān)系為P_other/P_N=(v_other/v_N)^3。已知P_N=2MW,v_N=12m/s,v_other1=11m/s,P_other1=1.5MW。要求P_other2在v_other2=13m/s時的值。首先驗證比例關(guān)系：1.5MW/2MW=(11m/s/12m/s)^3≈0.8333。然后計算P_other2：P_other2=P_N*(v_other2/v_N)^3=2MW*(13m/s/12m/s)^3≈2MW*0.9444^3≈2MW*0.8333≈1.6666MW。計算步驟：a.確定功率與風(fēng)速的三次方關(guān)系：P∝v^3。b.建立比例方程：P_other1/P_N=(v_other1/v_N)^3。c.驗證已知數(shù)據(jù)是否符合該關(guān)系：(1.5MW/2MW)=(11m/s/12m/s)^3，計算結(jié)果相符。d.應(yīng)用比例關(guān)系計算未知功率：P_other2=P_N*(v_other2/v_N)^3=2MW*(13m/s/12m/s)^3。e.計算最終結(jié)果：P_other2≈1.6666MW。結(jié)果：估算該風(fēng)機(jī)在13m/s風(fēng)速下的輸出功率約為1.67MW。六、論述題風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片設(shè)計面臨的主要挑戰(zhàn)包括：氣動性能要求高，需要在寬風(fēng)速范圍內(nèi)高效捕獲風(fēng)能并具有優(yōu)良的控制特性；結(jié)構(gòu)重量輕量化需求迫切，葉片重量直接影響機(jī)組成本、載荷和發(fā)電量；材料強(qiáng)度和剛度需滿足嚴(yán)苛的運行環(huán)境要求，葉片需承受巨大的氣動載荷、疲勞載荷和極端天氣影響；氣動彈性穩(wěn)定性問題，葉片在風(fēng)中會產(chǎn)生振動，需避免共振和顫振；制造工藝復(fù)雜且成本高，大型復(fù)合材料葉片的制造精度和效率是重要挑戰(zhàn)；以及日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)對材料選擇和廢棄物處理提出的要求?？赡艿慕鉀Q方案包括：采用先進(jìn)的翼型設(shè)