风力发电原理教学课件作者徐大平风力发电原理课件幻灯片.ppt

* 1.垂直轴风力机的类型 置于速度为v的风中的风力机，在风速v作用下，凹叶片以速度u被推向后方运动，那么叶片处的相对风速可表示为v-u和而凸叶片的相对风速为v+u，叶片所受阻力F1、 F2如下： 阻力型风力机受力模型 风力机的功率P等于阻力F与风力机叶片受推力产生的速度u之积： 由于Cd Cd’，vu，省去式中的后一项： * 1.垂直轴风力机的类型 取风速减少率 可得 ： 其中E为输入风能，令 即： 表明叶片没有做功，所以： 解得： 若 则它可能达到的最大功率系数为 * 1.垂直轴风力机的类型 升力型垂直轴风力机 ： 主要指法国的科学家达里厄发明的达里厄式风轮。风轮由固定的数枚叶片组成，绕垂直轴旋转。 * 1.垂直轴风力机的类型 (a)Φ型 (b) H型 达里厄风力发电机组可分为直叶片和弯叶片两种，叶片的翼形剖面多为对称翼形，其中以H型和Φ型风力机组最为典型。 * 1.垂直轴风力机的类型 升力型风力机工作原理 在风轮横截面上来流风速v是恒定的，风轮运转中该横截面各翼型的切向速度U的大小相等，而方向不同，它们与相对速度w一起构成了各翼型的速度三角形。w与叶片弦线的夹角是有效攻角。对叶片在不同方位的速度三角形的研究表明，除了当叶片处于与风向平行或近似平行的位置外，在其它方位的气动力都产生一个驱动风轮旋转的力矩。 * 1.垂直轴风力机的类型 叶素气动力分析图 右图表示的是垂直轴风力机某一叶片的叶素在某一位置时的气动力分析 。作用在叶片上的气动力在翼弦垂直方向的分量dN以及在与翼弦平行方向的分量dT为： 沿风速方向作用于风轮的流向力dFa： 其中Cn和Ct分别为垂直和平行于翼弦方向的利兰热尔气动系数，z为叶素高度，r为高度z处的风机半径。作用在叶素上的空气动力的转矩： * 1.垂直轴风力机的类型 通过对叶素积分可得作用在风轮上的推力Fa以及扭矩M为： 风力机的功率 ： 由Ct的特性可知，叶片在0度时，气动力所产生的扭矩主要为正转矩，在180度时，会出现负转矩，而且风力机的正转矩主要由处于0-180度位置的叶片提供。 * 2.垂直轴风力机的结构 垂直轴风力发电机组同水平轴机组一样，也主要由风力机、齿轮箱、发电机等组成。 (a)结构简图 (b) 实际机组 垂直轴风力发电机组 * 3.垂直轴风力机的特点 优点 1）寿命长，易维护安装 垂直轴风力机的叶片在旋转过程中由于惯性力与重力的方向恒定，因此疲劳寿命要长于水平轴的疲劳寿命；垂直轴风力发电机可以放在风轮下部很远甚至在地面上，便于安装与维护。 2）利于环保 水平轴风轮的尖速比一般在5~10, 垂直轴风轮的尖速比一般在1.5~2,这样的低转速产生的气动噪声很小。 垂直轴风力发电机的低噪音和美观外形等多种优点是水平轴风力发电机难以比拟的。阻力型风轮的尖速比远小于水平轴风轮，这样的低转速产生的气动噪音很小，甚至可以达到静音的效果。 * 3.垂直轴风力机的特点 3）无需偏航对风 垂直轴风力发电机不需要迎风调节系统,可以接受任何方向来风, 吸收任意方向来的风能量，主轴永远向设计方向转动。这样使结构设计简化，构造紧凑，活动部件少于水平轴风力机，提高了可靠性。 4）叶片制造工艺简单 垂直轴式风力机可以设计成低转速多叶片构造,这将大大地降低风力机对于叶片材质的要求。不单如此，垂直轴式风力机的叶片是以简支梁或多跨连续梁的力学模型架设在风力机的转子上的，这有利于降低对于风力机材质的要求。 * 3.垂直轴风力机的特点 缺点 1）风能利用率 对垂直轴二叶轮的S型风力发电机,理想状态下的风能利用系数为15%左右,而达里厄型风力发电机在理想状态下的风能利用系数也不到40%。其他结构形式的垂直轴风力发电机的风能利用系数也较低。 2）起动风速 垂直轴风轮的起动性能差,特别对于达里厄式Ф型风轮,完全没有自启动能力, 并且调速、限速困难，这是限制垂直轴风力发电机应用的一个重要原因。 * 3.垂直轴风力机的特点 3）增速结构 由于垂直轴风力机的尖速比较低,叶轮工作转速低于多数水平轴风力机,因此垂直轴风力发电机组如采用双馈式异步发电机，其增速箱的增速比就比较大,增速箱的结构也比水平轴风力发电机的增速器结构复杂,增加了垂直轴风力发电机的制造成本,也增加了维护和保养增速箱的成本。 第七章 离网风力发电系统 * 内容 1.离网风力发电机组的应用 2.风力发电机与蓄电池系统 3.储能装置 * 8）塔架与基础—基础尺寸 基础的结构尺寸取决于