一、贝兹理论
1.贝兹理论基本假设
风力机的基本理论是贝兹理论。贝兹理论是由德国物理学家贝兹于1919年提出的。风轮是风力机的主要组成部件之一，它在风力的作用下旋转，将风能转化成机械能。由于流经风轮后的风速不可能为零，因此风所拥有的能量也不可能完全被利用。对于其中可利用的部分，贝兹理论进行了分析。贝兹理论假设风轮是理想风轮，即：
（1）风轮可以简化成一个平面桨盘，没有轮毂，而叶片为无穷多片，这个平面桨盘被称为致动盘。
（2）风轮叶片旋转时不受摩擦阻力，是一个不产生损耗的能量转换器。
（3）风轮前、风轮扫掠面、风轮后的气流都是均匀的定常流，空气流是连续的、不可压缩的，气流流动模型如图3-1所示。
图3-1 流经致动盘的流束
（4）风轮前未受扰动的气流静压和风轮后远处运动的气流静压相等。
（5）作用在风轮上的推力是均匀的。
（6）不考虑风轮后的尾流旋转。
（7）叶轮处在单元流管模型中，气流速度的方向不论是在叶片前还是流经叶片后，都是垂直于叶片扫掠面的（或称为平行于风轮轴线），如图3-2所示。
图3-2 贝兹理论计算简图
2.参数计算
分析一个放置在移动空气中的理论风轮叶片上所受到的力及移动空气对风轮叶片所做的功。设风轮前方的风速为v1，是实际通过风轮的风速，v2是叶片扫掠后的风速，通过风轮叶片前风速面积为S1，叶片扫掠面的风速面积为S，扫掠后风速面积为S2。风吹到叶片上所做的功是将风的动能转化为叶片转动的机械能，则必有v2＜v1，S2＞S1。
由流体连续性条件（流量相等）可得
1）风轮受力及风轮吸收功率
根据气流冲量原理可知，风轮所受的轴向推力为
式中，m=ρSv，m为单位时间内通过风轮的气流质量，ρ为空气密度，取决于温度、气压、湿度，一般可取1.225 kg/m3。
风轮吸收功率（即风轮单位时间内吸收的风能）为
2）动能定理的应用
根据动能定理可知，气流所具有的动能为
在叶轮前后单位时间内气流动能的改变量为
这就是气流穿过风轮时被风轮吸收的功率，因此
整理后可得
即穿过风轮扫风面的风速等于风轮远前方与远后方风速和的一半（平均值）。
3）贝兹极限
令
则有
式中：α——轴向干扰因子，又称为入流因子；U——轴向诱导速度，U=v1α。
因为当α=1/2时，v2=0，而v2＞0，所以α＜1/2；又因为v＜v1，则0＜α＜1。所以α的范围为0＜α＜
。
由于风轮吸收功率为
令dP/dα=0，可得吸收功率最大时的入流因子，即α=1和α=1/3。取α=1/3，得
式中
是单位时间内远前方气流的功率。定义风能利用系数CP为
于是最大风能利用系数CPmax为
此乃贝兹极限，它表示理想风力机的风能利用系数CP的最大值是0.593（风轮理论可达到的最大效率）。对于实际使用的风力机来说，二叶片高性能风力机的效率可达0.47。CP值越大，则风力机能够从自然风中获得的能量百分比就越大，风力机的效率就越高，即风力机对风能的利用率就越高。