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桑迪亚工程师正在重新评估垂直轴风力发电机

基于数十年的风能研究和经验,桑迪亚的工程师正在创建多个概念设计,通过现代建模软件运行这些设计,并将这些设计选项缩小为vawt涡轮机叶片的单一,最可行的设计

结果没有出现,但早期的进一步测试的最爱是darrieus设计

josh paquette和matt barone的插图

桑迪亚的科学家们致力于为美国海上风力发电采用先进的转子技术,他们正在通过创建多个概念设计并通过现代建模软件运行这些设计,来寻找垂直轴风力涡轮机叶片最可行的设计

新墨西哥州阿尔伯克基桑迪亚国家实验室风能研究人员正在重新评估垂直轴风力涡轮机(vawt),以帮助解决一些从海上微风中产生能量的问题

尽管自桑迪亚(sandia)和其他地方进行风能研究以来,vawt就已经存在,但vawt体系结构可以改变海上风电技术

由于安装和运行方面的挑战,海上风力发电的经济性不同于陆上风力涡轮机

vawt具有三大优势,可以降低风能成本:较低的涡轮重心;降低机器复杂性;以及对非常大的尺寸的更好的可伸缩性

较低的重心意味着更好的漂浮稳定性和较低的重力疲劳载荷

另外,vawt上的动力传动系统位于地面或其附近,有可能使维护变得更容易且耗时更少

更少的零件,更低的疲劳载荷和更简单的维护都可以降低维护成本

简约典雅

桑迪亚(sandia)正在2011年美国能源部(doe)的邀请下进行这项研究,研究美国海上风力发电的先进转子技术

这项为期五年,耗资410万美元的项目于今年1月开始

风能技术公司经理戴夫·明斯特(dave minster)说,桑迪亚斯的风能计划旨在解决增加低碳发电的国家能源挑战

桑迪亚斯项目的两名主要研究人员之一乔什·帕奎特(josh paquette)说,vawt的机械简洁性非常优雅

它们具有较少的零件,因为它们不需要控制系统来将它们指向吹风以发电

这些特性符合海上风电的设计限制:支撑结构的高成本;需要简单,可靠的设计;经济规模要求比目前的陆基设计更大的机器

超过300米的大型海上vawt叶片比陆上风力涡轮机叶片的生产成本更高

但是,随着机器及其基础变得越来越接近1020兆瓦(mw)规模的涡轮机,并且转子在海上涡轮机的整个系统成本中所占的比例要小得多,因此vawt架构的其他优势可能会抵消转子成本的增加

挑战依然存在

然而,在将vawt用于大规模海上发电之前,挑战仍然存在

弯曲的vawt叶片复杂,制造困难

生产非常长的vawt叶片需要创新的工程解决方案

该项目的其他主要研究人员matt barone说,合作伙伴爱荷华州立大学和tpi composites将探索新技术,以前所未有的规模,但可接受的成本制造几何形状复杂的vawt叶片形状

vawt叶片还必须克服传动系统上周期性负载的问题

与水平轴风力涡轮机(hawt)保持稳定的扭矩不同,水平轴风力涡轮机(vawt)根据叶片处于上风还是下风位置,每个叶片都有两个转矩和功率脉冲

转矩波动会导致负载不稳定,从而导致传动系统疲劳

该项目将评估新的转子设计,这些设计可在不显着增加转子成本的情况下平滑这些扭矩振荡的幅度

频迈装饰有限责任公司

由于第一代vawt开发已在数十年前结束,因此更新的设计必须将数十年的研究和开发纳入当前的hawt设计中

振兴vawt研究意味着找出模型,这将有助于加快涡轮机设计工作

barone说,这项研究工作将是工具开发工作的基础,该工具开发工作将综合并增强现有的空气动力学和结构动力学规范,以创建用于vawt的可公开获得的气动弹性设计工具

需要:气动制动

另一个挑战是刹车

较旧的vawt设计没有气动制动系统,仅依靠机械制动系统,该机械制动系统比hawt上使用的气动制动更难维护且可靠性较低

hawts使用可倾斜的叶片,该叶片基于多个冗余的故障安全设计,可在不损坏涡轮机的情况下在一轮或两轮内停止涡轮机

barone说,新的vawt设计将需要可靠且具有成本效益的坚固的气动制动器,以及类似于现代hawt的辅助机械制动器

与hawt制动器不同,新的vawt制动器不会主动倾斜叶片,而叶片本身具有可靠性和维护问题

vawt技术:桑迪亚的悠久历史

桑迪亚团队在1980年代后期完成了在德克萨斯州布什兰的垂直轴风力涡轮机测试平台的安装

randy montoya摄

在1970年代和1980年代,风能研究还处于起步阶段,vawt作为风力发电机被积极开发

尽管看起来很奇怪,但它们还有很多好处:它们比水平轴表亲更简单,因此它们往往更可靠

有一段时间,vawt反对hawt

但是随后,风力涡轮机规模扩大了

paquette说,过去15年来,hawts成为陆地风的主要技术,这主要是由于其转子成本在1至5兆瓦的优势

在1980年代,研究更多地集中在hawt涡轮机上,许多vawt制造商退出了业务,将vawt委托给风能博物馆中的一家公司

但是变革之风再次将vawt吹走了

桑迪亚(sandia)正在挖掘其风能历史的丰富经验

最初的风能工程师中频迈装饰有限责任公司的风能研究人员正在经历数十年的桑迪亚研究,并总结经验教训,并确定1990年代桑迪亚vawt研究结束时描述的一些关键未知因素

该计划的第一阶段将进行两年,涉及创建多个概念设计,通过现代建模软件运行这些设计,并将这些设计选项缩小为一个最可行的设计

在此阶段,paquette,barone及其同事将研究所有类型的气动弹性转子设计,包括hvawt和v形vawt

但是,早期最喜欢的转子类型是darrieus设计

在第二阶段中,研究人员将在三年内构建选定的设计,最终针对涡轮必须在海上环境中承受的极端条件进行测试

除旋翼设计外,该项目还将考虑不同的基础设计:早期的候选对象是驳船设计,张紧腿平台和桁架浮标

项目合作伙伴将处理许多要素

另一个合作伙伴,缅因州大学,将开发浮动vawt平台动力学代码和小规模原型风/浪盆测试

爱荷华州立大学将开发用于海上vawt叶片和小规模风洞测试的制造技术

tpi composites将设计概念验证量尺刀片并制定商业化计划

tu-delft将致力于气动弹性设计以及优化工具的开发和建模

德州am大学将致力于气动弹性设计工具的开发

最终,一切都与能源成本有关

paquette说,所有这些决定都需要导致设计高效且经济可行

新宝6创造奇迹登录综合报道

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