垂直轴风力发电原理剖析.ppt

* 第七章 垂直轴风力发电机组 §7.7 垂直轴风力机存在的问题 垂直轴风力机尽管具有许多水平轴风力机不具备的优点，但也存在一些难以解决的技术难题： 1.达里厄垂直轴风力机不能变桨，起动较为困难。。 2.达里厄垂直轴风力机的风能效率仍然低于水平轴风力机 的效率。 3.打蛋形达里厄叶片的各部位距转动中心的半径不同，难以做到按不同风速变换叶片攻角和叶片弦长。 4.垂直轴风力机的轴较长，在加工和制造上较为困难。 5.垂直轴风力机的转速和功率控制较水平轴的难以实现。 6.垂直轴风力机叶轮靠地面较近，受剪切风的影响较大。 * 第七章 垂直轴风力发电机组 §7.6 与水平轴比较 与水平轴风轮相比，垂直轴风轮的空气动力学特性有本质区别。最佳风能利用系数在相对较低的叶尖速比下获得。 还有几个其他方面表明VAWT优于现在的HAWT技术： 1.噪声。 2.鸟类。 3.人工安全性。 4.维护成本。 5.审美。 6.容易安装。 * 第七章 垂直轴风力发电机组 思考题 1.风能大小与哪些因素有关系？ 答：风能大小与气流通过的扫风面积、空气密度和气流的速度有关系。 2.简述失速控制型风轮的优缺点。 答：优点。（1）叶片与轮毂之间无运动部件，轮毂结构简单、费用低；（2）没有功率调节系统的维护费；（3）在失速后功率的波动相对小。 缺点：（1）气动刹车系统可靠性设计和制造要求高；（2）叶片、机舱和塔架上的动态荷载高；（3）起动性差；（4）机组承受的风荷载大。 * 第七章 垂直轴风力发电机组 思考题 2.简述变桨距控制型风轮的优缺点。 答：优点。（1）起动性好；（2）刹车结构简单，叶片顺桨后风轮转速可以逐渐降低；（3）额定点以前的输出功率饱满；（4）额定点以后的输出功率平滑；（5）风轮叶根承受静、动态荷载小。 缺点：（1）由于叶片有变桨距机构、轮毂较复杂、可靠性设计要求高，维护费用高；（2）功率调节系统复杂、费用高。 * 第七章 垂直轴风力发电机组 思考题 3.常用的轮毂形式有哪几种及其特点。 答：刚性轮毂。特点：制造成本低、维护少、没有磨损、三叶片风轮大部分采用刚性轮毂，也是目前使用最广泛的一种形式。 铰链式轮毂。特点：常用于单叶片和二叶片风轮，铰链轴和叶片轴及风轮旋转轴相互垂直，叶片在挥舞方向，摆振方向和扭转方向上都可以自由活动，也可称为柔性轮毂。 * 主编及制作：刘赟 风力发电原理 风力发电原理 主编及制作：刘赟 风力发电原理 * §7.1 垂直轴风力机的类型 §7.2 垂直轴升力型风轮的输出功率计算 §7.3 垂直轴风力机的关键参数 §7.4 垂直轴风力机风轮翼型 §7.5 垂直轴风力机势力 §7.6 与水平轴比较 §7.7 垂直轴风力机存在的问题 第七章 垂直轴风力发电机组 * §7.1垂直轴风力机的类型 1、阻力型垂直轴风力机 阻力型风力机是由于风力机的叶片在迎风方向形状不对称，引起空气阻力不同，从而产生一个绕中心轴的力矩，使风轮转动。杯式风速计是最简单的阻力型垂直轴风力机。 第七章 垂直轴风力发电机组 一、分类 按照空气动力学工作原理分为 阻力型 升力型 * 第七章 垂直轴风力发电机组 §7.1垂直轴风力机的类型 1.1 阻力差型垂直轴风力机 定义：利用叶片在顺风和逆风时受风面形状不同而产生不同的阻力系数，来驱动风轮旋转的风力机。 设叶片叶尖的线速度为V，风速为V1，叶片表面积为A，则风作用于叶片凹形面的阻力为： 逆风阻力： 式中：CT1、CT2为凹面和凸面的阻力系数 * 第七章 垂直轴风力发电机组 §7.1垂直轴风力机的类型 假定CT1、CT2为常数时，则可得到风杯式风轮的功率输出： 则风能利用系数为： * 第七章 垂直轴风力发电机组 §7.1垂直轴风力机的类型 与平板式垂直轴风力机类似，当 时，CP取最大值。通过计算求得，当 可取得最大风能利用系数。 * 第七章 垂直轴风力发电机组 §7.1垂直轴风力机的类型 阻力差型风力机也属于阻力型风力机，其叶片在空气阻力的推动下旋转，且最佳叶尖速比位于0~1范围内。通过功率计算式可以发现，为了使阻力差型风力机获得最大的功率，可以利用增大叶片的顺风阻力系数或者减少逆风阻力系数。通常有以下典型结构：半球形叶片，CT1达1.33，CT2仅为0.34；半圆柱形叶片的CT1达2.3，而CT2仅为1.2。 * 1.2 S型的Savonius风力机 S型风力机是阻力型风力机中的经典型式，当风吹向叶轮时，由于叶片迎风面形状不同，有F1 F2，产生力矩M，驱动风轮做逆时针方向旋转(俯视情况下)。 S型风力机外形 第七章 垂直轴风力发电机组 §7.1垂直轴风力机的类型 * 置于速