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能源和环境问题21世纪人类迫切需要解决的两大问题。发展高效的清洁能源供暖技术代替传统燃煤锅炉供暖的需求应运而生,利用风力直接驱动热泵系统供暖技术,由于其清洁无污染、占地少,与利用其他清洁能源供暖,如地热、太阳能、生物质能等相比,具有投资运行成本灵活、单位热价低、能量转换效率高等优势,受到了科学家们的关注。目前,国内外对利用风力直接驱动热泵供暖这种新型清洁供暖形式的相关研究较少,对利用风力直接驱动热泵供暖这种新型供暖技术,集中于小型垂直轴风力机驱动小型热泵制热的实验方面的研究,对于大型水平轴风力机直接驱动大型热泵系统供暖的相关研究处于空白。本论文基于课题组提出的“风热机组”创新概念,对大型水平轴风力机直接驱动热泵系统供暖进行了系统性的建模和仿真,针对风热机组系统建模的相关问题从风力机的动气动力学理论、系统的传动链数学模型、热泵压缩机的物理模型等方面进行了研究,主要内容包括:基于风力机常用的叶素动量理论的风力机叶轮空气动力学计算方法,应用美国NREL实验室开发的Aerodyn Fast仿真平台,在此基础之上与Matlab Simulink结合,编制计算分析程序,作为大型水平轴风热机组的空气动力学仿真分析模型。建立了风热机组传动链系统动态特性的数学模型。基于当前主流风电机组机型传动链布置的形式,建立了风热机组的传动链数学模型,并应用Matlab Simulink建立了风热机组传动链的仿真分析模型。基于国际上通用的制冷系统仿真方法,分析压缩机的实际循环和热力学性能,在传统十系数模型之上,提出基于转子转速的修正模型,并建立换热器与膨胀节流阀的数学模型,在此基础之上应用Matlab/Simulink搭建了风热机组仿真平台。以1.5MW风热机组为例,对其在IEC标准风况下的运行特性进行了仿真模拟获得了1.5MW风热机组在IEC标准风况下的性能曲线,并在小型原理实验样机上进行了验证。以张家口涿鹿县黄帝城小镇为例,在对当地风资源进行评估的基础上,进行了百千瓦风热机组风力机、热泵系统、相变蓄热装置等各部分选型设计,并成功研制了百千瓦风热机组样机,对当地全年逐时风速下的运行特性进行了分析,并在此基础之上对该案例进行了环保性与经济性分析。