带有挡流板的垂直轴风力发电机性能优化研究

为提高风力机的风能利用系数,并为垂直轴风力机优化设计提供方法,提出一种针对垂直轴风力发电机气动性能提升的结构改进方案,即在2台转向相反的H型垂直轴风力发电机的上游区域放置一块挡流板,研究挡流板各参数对2台垂直轴风力发电机能量获取的影响,结果表明:挡流板宽度对风能的获取影响最敏感,而挡流板到两台风力机轴之间的距离以及大于风轮高度的挡流板高度对垂直轴风力发电机风能的获取始终为正面影响,选择合适导流板参数下的最大风能利用系数为0.45,与无挡流板时相比提升了36%。     

兆瓦级H型垂直轴风力发电机气动设计方案的数值模拟研究

为解决兆瓦级H型垂直轴风力发电机气动设计过程中实验和数值模拟方面耗费巨大的问题,基于升力线模拟方法完成了兆瓦级H型垂直轴风力发电机的气动设计,并利用该方法研究不同垂直轴风力机翼型设计方案对整机气动性能的影响,研究结果表明:基元翼型选用NACA0015和NACA0018对称翼型能够获得更高的风能利用率;整机叶片造型方案中,前掠翼型性能优于直叶片,前掠翼型方案的最大风能利用率随掠角增大而小幅上升,完整旋转周期内的风能利用率则随掠角增加先增大后减小,且在掠角3°时可取到整体最大风能利用率;后掠翼型性能差于直叶片,风能利用系数随掠角增大而减小;前掠与后掠组合翼型方案性能稍好于直叶片,但不如前掠叶片;不同方案之间存在性能差异的原因可能在于不同翼型的叶片分离涡在竖直方向上的旋涡脱落顺序方面存在差异,其中上部较早脱落的前掠方案有助于风能利用系数提升,下部较早脱落的后掠方案则会对风能利用系数产生负面影响。     

6米φ型垂直轴风力发电机

1979年中国空气动力研究与发展中心开始研制6米φ型垂直轴风力发电机,1980年7月第一台样机在风洞中进行了试验,测得风能利用系数为0.37,8米/秒时风机输出功率为2千瓦,达到了设计要求。同年10月第一台样机被安装在四川安县进行野外运行试验。 6米垂直轴风力发电机的风轮由3个叶片和一根中轴组成,叶片平面形状呈φ型,近似于一根两端固定的绳索旋转时,在离心力作用     

H型垂直轴风力发电机气动分析方法及运行规律研究

以计算流体力学为基础,对H型垂直轴风力发电机采用二维数值计算与三维数值计算并通过实验测试验证,分析垂直轴风力发电机风轮的流场规律,比较二维数值计算方法和三维数值计算方法的差异,并研究垂直轴风力发电机叶片弦长、风轮半径以及风轮叶片数量对风轮能量获取的影响。结果表明:垂直轴风力发电机3个叶片提供的转矩呈明显的周期性,风轮内部流场复杂,伴随着漩涡的脱落与重新黏附,流过风轮区域后,风速降低,风能被大量吸收;数值计算结果虽与实验测试结果存在差异,但二维数值模拟可反映流场一般规律且成本低,三维数值模拟可精确模拟流场特性,且与实验结果匹配度高但成本也高;叶片弦长、风轮半径及叶片数量对风轮的能量获取有重要影响。     

升力型垂直轴风机的功率计算及功率输出特性的分析

借助Matlab软件的叶片受力情况对一个升力型垂直轴风机进行了仿真,利用仿真结果分析了实例的运行功率、转速和风速的关系,以及风力发电机与叶片匹配的情况。分析结果表明该升力型垂直轴风机的风能利用率较高,结构简单,适应性较强。     

风力发电发展简史及各类型风力机比较概述

当今对风能的利用,主要是用来发电,通过对风能发电历史的回顾和对水平轴和垂直轴风力发电机的比较,使人们对垂直轴风力发电机有了更加广泛的认识。     

基于CFD的二维垂直轴风力机性能计算

采用计算流体力学方法(CFD)针对垂直轴风力发电机,开展简化的二维绕流特性研究。首先,基于开放型转子和增强型转子,研究网格节点数和壁面y+、计算时间步长和湍流模型等的变化对计算结果的影响,对计算模型和方法进行确认。随后,计算分析增强型垂直轴风力机与开放型垂直轴风力机的特性。结果表明,与开放性垂直轴风力发电机相比,增强型垂直轴风力发电机的功率系数和转矩系数有明显增加,且达到最大值的位置向叶尖速比增大的方向移动。然后对增强型垂直轴风力机发电机在不同来流风速下进行计算,发现增强型垂直轴风力发电机的转子转矩随来流风速增加,而转矩系数和功率系数与来流风速无关。最后,针对定子叶片在不同的方向开展计算研究。结果表明,定子叶片在不同方向时,增强型垂直轴风力机的转子转矩不同,且转矩到达峰值的位置也不同;在当前3个方向角中,叶片处于0°方向角时风力机具有最高的转矩系数,即具有最佳的功率系数。     

低尖速比下双转子垂直轴风力机气动性能试验研究

虽然水平轴风力发电机的技术已经发展的非常成熟,是世界上的主流风机,但在适应风机大型化、深海化的趋势方面,垂直轴风力发电机因其结构特点表现出一定优势。近年来,对于垂直轴风力机的研究日益增多,将两台相同的垂直轴风力机间隔一定距离置于一起即得到双转子垂直轴风力机。文章利用风机模拟与实际风场较接近的非定常风,通过物理模型试验对比了单转子垂直轴风力机和具有不同双转子间距的双转子垂直轴风力机在不同风速下同一转子的扭矩、转速与轴功率,证实了双转子垂直轴风力机的增益效果,并探讨了风速及两转子间距对风机性能及增益效果的影响。试验结果表明,风速越大、两转子间距越小,双转子垂直轴风力机的增益效果越显著。     

挡流板对垂直轴风力机性能影响的试验研究与分析

在风力机前方安装挡流板可提高H型垂直轴风力机的发电功率,但目前缺少对该结构装置的全面系统研究,且评估安装挡流板时所使用的风能利用系数C_P的计算方法并不恰当,以至于某些计算结果突破贝兹极限,导致概念混淆。文章通过对挡流板安装位置及安装角度进行测试,获取了不同位置的风力发电功率随风轮转速的变化关系。结果表明:在一定距离范围内,挡流板与风轮有一最佳距离,挡流板远离风轮时,提高风速的效果差,挡流板距离风轮越近对来流风干扰变大,输出功率反而降低;挡流板的最佳安装角度为90°,安装角小于或者大于90°时,风速变化平缓,输出功率增长减弱,失去聚风作用。考虑到挡流板聚风后叶轮前的风场不均匀,在计算C_P时不能取某一个风速值或用平均值代入其定义式,文章提出了采用平均风动能的统计方法计算C_P,计算结果表明,增加挡流板可以提高输出功率,但不一定能增加C_P值。     

基于有效风速估计的永磁直驱风力发电系统鲁棒控制研究

由于风力发电系统中的风速传感器存在测量误差,且风速测量值与施加在风机叶片上的有效风速不同,直接导致风力发电系统对风能利用率的降低。因此本文提出了一种基于滑模观测器的风机叶片风速有效值估计方法,在满足李雅普诺夫不等式的基础上设计了滑模观测器,从中提取出风力发电机转速和机械转矩的估计值。通过在线查表得到风机叶片上有效风速的估计值,将该估计值用于修正基于风速传感器的风力发电系统最大功率跟踪控制。仿真结果表明所提方法可有效提升风力发电系统对风能的利用率,具有一定的工程意义。     

中山造“家庭风力发电机”拿到首张订单

中山市一家民营企业—亿雄风能科技有限公司自主研发的磁悬浮垂直轴风力发电机组，由于功率小，重量轻，被称作“家庭风力发电机”。不久前，加拿大一家公司与该公司签下2009年400台的包销合同，价值近500万美元，这也是该公司此项目接到的首张订单。加拿大客户订购的产品主要是功率在2-7.5千瓦的发电机，每台价格在1.2万美元左右。     

一种新的风能吸收装置—行波板

提出了一种新型的风能吸收装置——波动板,在一定的来流风速下,利用行波状运动的板,可以从风中吸取能量,将风能转化成机械能。在Re=4×105条件下,采用数值模拟方法研究了波长和振幅对波动板做功系数和风能利用率的影响,结果表明:在一定振幅和波长下,风能利用率和做功系数随着无量纲波速的增加,先增加后减小;在一定无量纲波速和波长下,随着振幅的增加,风能利用率和做功系数逐渐增加;在一定无量纲波速和振幅下,随着波长的增加,风能利用率和做功系数先增大后减小,存在一个最佳的波长可使风能利用率和做功系数同时达到最大值。     

基于格尼襟翼的多机组垂直轴风力机性能增效研究

为探究格尼襟翼对垂直轴风力机气动性能的影响,结合TSST湍流模型对直线翼垂直轴风力机展开数值模拟研究.结果表明:低尖速比下,格尼襟翼可显著提升垂直轴风力机的气动性能,但在高尖速比下会降低气动性能;垂直轴风力机组间流体速度随尖速比的增大而增加,此高速流体可有效提升机组风能利用系数;因上游风力机组间流体加速作用,下游风力机...     

直驱风力发电机径向二自由度磁悬浮支承方案研究

为从根本上解决传统直驱风机系统的机械摩擦问题以有效提高风能利用率,提出直驱风力发电机径向二自由度磁悬浮支承方案,即采用径向二自由度混合磁轴承和机械轴承共同支承直驱风力发电机,采用等效磁路法对该混合磁轴承进行数学建模,并利用有限元分析软件对其进行参数设计及机理分析。在此基础上,搭建直驱风力发电机径向二自由度磁悬浮支承系统的数控平台进行试验,试验结果证明该磁悬浮支承方案的正确性和合理性。     

我国最大的风力发电试验场

我国目前最大的群集式风力发电并网示范工程在新疆维吾尔自治区达板城风电试验场(风力田)建成,并于1989年10月24日正式并网运行。风力试验场总装机容量为2.105兆瓦,由十三台丹麦Bounus公司生产的150kW风机,一台Wincon公司生产的100kW风机和一台Vestas公司的55kW风机组成。前十四台风力发电机与当地35kW的乌鲁木齐电网并网发电。后一台风机为独立运行机组,供试验场自用电。预计年发电量700多万度。整个系统由计算机自动控制和监测,安全可靠。该风场是新疆自治区政府在丹麦政府的援助下,利用我     

垂直轴风力机改进翼型气动及功率特性研究

为提高垂直轴风力机的风能利用率,基于CFD数值模拟技术,分析了常用典型垂直轴风力机翼型的气动及功率特性,并以NACA0012翼型为基础对其进行改进。对比改进前后翼型表明,增大翼型厚度可降低升阻比,增大翼型弯度可增强其失速特性;厚尾缘翼型、升阻互补型翼型可分别降低翼型失速性能、增加启动力矩,其中厚尾缘翼型的H型垂直轴风力机的功率系数较大,可提高风能利用率,为翼型优化设计提供了新思路。     

风力发电机大风限速保护方法的研究

小型风力发电机面临的最大难题是其可靠性问题,即大风时的限速保护问题.从能量守恒的角度分析了利用风轮与发电机的功率匹配特性实现风力发电机限速保护的可行性.另外,设计了2台风轮与发电机具有不同匹配特性的300 W/26 V风力发电机,为了使其具有可比性,使用了同样型号的发电机.通过实验测试了风轮的机械输出特性、发电机在输出电压不同时的功率特性和整机的功率输出,实验结果表明,风速12 m/s以下时2台风力机输出功率基本相同,风速12 m/s以上时其中1台随着风速的增加功率不断增加,而另外1台随着风速的增加输出功率不再上升,甚至有点下降,与大风机功率特性相似.     

内蒙古农牧区风力发电节能供暖技术研究

将作为内蒙古散居农牧区家庭主要能源的风力发电机的余电提供给相对分散的居住房间和牲畜棚圈、蔬菜大棚进行主要或辅助供暖,利用清洁的风能来提高建筑物、构筑物室内的舒适性,把作为建筑设备的供暖电热辐射板（或空调风机盘管）与离网型风力发电机有机结合进行工作。     

风力发电机风速放大器的研究与优化设计

研究设计了一种适用于风力发电机的风速放大器,该装置具有显著的聚风和提高风速作用。小于3m/s的风从进口端进入,经过聚风增速,在安装涡轮叶片的出口端可获得较大的风速,使风力发电机能够在风速较低的条件下正常启动和运行,提高单位面积风能利用率。文章以额定功率为1 k W的风力发电机组的风速放大器为例,对设计参数(倾斜角α,长度L,进口直径D)、出口端风速分布及变化规律、风速放大效果进行了研究和Fluent仿真优化。研究结果表明:风速放大器最高可提高风速5.32倍;在风速为0.56 m/s的条件下,风机即可启动;在风速为2 m/s时,风机可在额定功率下运行。     

某小型风机提高风能利用率的研究

为了提高Savonius小型垂直式风力机的风能利用率,采用CFD方法研究了在来风方向增加导流板对该垂直式风力机风能利用率的影响。研究中建立了数值计算模型并使用Fluent软件进行仿真分析,比较了有无导流板、不同导流板长度、不同安装角度和不同安装位置情况下叶片周围的流场分布以及叶片对转轴产生的静态力矩。仿真结果表明,增加导流板能够显著提高该型风机叶片对转轴的静态力矩;同时,导流板长度和安装角度对此是重要的影响因素;而在一定范围内,不同导流板位置对静态力矩所带来的影响可以忽略。合理安装导流板可以使得该型风机的叶片静态力矩提高20%~40%,进而提高Savonius型风机的风能利用率。