垂直轴风力发电原理介绍VIP专享VIP免费

1§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2§7.1§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3第七章垂直轴风力发电机组§7.1§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：2111)(21vvACTT逆风阻力：2122)(21vvACTT式中：CT1、CT2为凹面和凸面的阻力系数4第七章垂直轴风力发电机组§7.1§7.1垂直轴风力机的类型vvvCvvCAPTT])()([21212211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：AvvvvCTvvCTAPPCP3102]2)1(22)1(1[25第七章垂直轴风力发电机组§7.1§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0)1/(vvddCP)(3)(3)(4)(2212121211TTTTTTTTCCCCCCCCvv可取得最大风能利用系数。6第七章垂直轴风力发电机组§7.1§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。71.2S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§7.1垂直轴风力机的类型8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，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2112dFvuAC2212dFvuAC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：22121122ddPFFuACvuuACvuu由于Cd>>Cd’，v>>u，省去式中的后一项：212dPACvuu第七章垂直轴风力发电机组902/30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：2223312112dpddACvuuvuuPCCCEvAv0pdCdvuv230dC解得：2max22413327pddCCC1.3dCmax5.20.19327PC若则它可能达到的最大功率系数为第七章垂直轴风力发电机组10第七章垂直轴风力发电机组§7.1§7.1垂直轴风力机的类型某风力机的性能曲线阻力型风力机的风能利用系数较低，故很少用于发电。转速决定了输出功率的大小，风轮只有在最佳转速下才能获得最佳风力机输出功率，如图所示，给出了某阻力型风轮的功率输出与叶尖速比的关系曲线。图中可以看出，叶尖速比为0.4时，输出功率最大；叶尖速比0.3~0.4为高效运行区域。11二、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。第七章垂直轴风力发电机组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。§7.1§7.1垂直轴风力机的类型12升力型风力机工作原理来流风速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...