低風速地區風力發電葉片的製作方法
2023-05-24 16:03:16
專利名稱：低風速地區風力發電葉片的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種風力發電系統葉片，尤其是涉及一種低風速地區風力發電葉片， 屬於風力發電系統技術領域。
背景技術：
陸地風能資源區域，以年平均風功率密度為指標，可劃分為4個區，即風能資源豐 富區、風能資源較豐富區、風能資源可利用區、風能資源貧乏區。以中國為例，陸地風能資 源分區及佔全國國土面積的百分比見表1。中國陸地風能資源可利用的區域佔國土面積約 76%。表1為中國陸地風能資源分區及佔全國國土面積的百分比。表 1 目前規模化的風能開發利用源豐富的高風速區，即集中在三北地區和東南沿海，這部分地區僅佔國土面積的8% ；而風能資源較豐富區和風能資源可利用區， 屬年均風速> 3. 5m/s小時數為2000 5000小時的低風速區，風能資源沒有得到有效開發 利用。為實現低風速地區風能資源的有效利用，必須有適用的低額定風速風力發電機。 現有風力發電技術在低風速地區的應用存在如下局限(1)額定風速高，一般在8 12m/s間。低風速地區，尤其是風能資源可利用區，年 平均風速一般處於蒲氏3級(3. 4m/s 5. 4m/s)或略高，高額定風速風力發電機不適用。(2)中、小功率(50kW及以下功率)風力發電機，一般都採用直驅方式。低風速地 區使用，因風機轉速較低(80rpm以下)，採用常規高額定轉速(150rpm及以上)發電機難以 滿足匹配要求，而配置低額定轉速發電機，又存在體積、重量大，費用高的問題。(3)直驅型風電機，當葉輪直徑過大，如超過10米時，偶發性大風下轉速大，葉輪 的安全隱患過大。(4)現有風力發電機葉片翼型，最佳風能利用係數的風速區段一般為8 12m/s 間，低風速條件下，尤其是低於6m/s風速區段時，風能利用係數較差，難以滿足低風速條件 下俘獲風能最大化。(5)常規中、小功率風電機一般採用永磁同步發電機，因齒槽效應的作用，發電機 在起動或運轉時，會產生較大的起動轉矩，且電磁轉矩產生脈動。同時鐵芯的應用使得發電 機重量增大、鐵芯損耗的存在又使損耗增大。綜上所述，常規高額定風速風力發電機不適用於風能資源較豐富區和風能資源可 利用區，針對低風速地區，需研製開發適用的低額定轉速、高效、經濟可靠的風力發電系統， 以實現低風速環境下的高效、可靠風電功率轉換。作為目前風能利用的缺口及風能利用局限的完善和補充，研製並推廣低額定風速 風力發電具有廣泛的經濟和社會價值。對於低風速地區的發電系統風葉需要進行專門的設計，如果額定風速太高，機組 額定功率運行時間數減少，傳動系統和發電機成本較高，提高了能量成本，如果額定風速太 低，葉輪及其支撐的成本相對於風電量過高。
發明內容發明所要解決技術問題是提供一種適用於低風速地區的經濟可靠的風力發電系 統葉片。為解決上述技術問題，本實用新型提供一種低風速地區風力發電葉片，包括葉根 和葉尖，其特徵在於所述葉片葉根處為S823翼型，葉尖處為S822翼型，葉尖處設置有削尖 過渡段。葉片在葉尖速比為5 8時，葉片的風能利用最佳，最大風能利用係數為0. 46。前述的低風速地區風力發電葉片，其特徵在於葉片沿葉高方向，S823翼型與 S822翼型所佔比例相等，中間段兩種翼型採用等比例過渡，葉片中間段往葉根處，S823比 例逐漸增大、S822比例逐漸減小；中間段往葉尖處，S823比例逐漸減小、S822比例逐漸增 大；在葉尖處設置有IOOmm削尖過渡段本實用新型所達到的有益效果本實用新型的風力發電葉片，由於採用S823和S822結合的翼型設計，適宜在年平均風速4m/s 6m/s的低風速地區使用，適用於風輪直徑10 20米、風力發電額定功率在 IOkff 50kW間的風力發電機。葉片在葉尖速比為5 8時，葉片的風能利用最佳，最大風 能利用係數為0. 46。可保證風力發電機在低風速環境下實現最大風能吸收，輸出功率最佳， 同時保證偶發性大風狀況下的安全。
圖1為風力發電系統結構示意圖；圖2為翼型示意圖，其中(a)為S822翼型示意圖；(b)為S823翼型示意圖；圖3為本實用新型設計的葉片示意；圖4為本實用新型設計的葉片葉尖局部視圖；圖5為三葉片組成的風輪的葉根局部放大視圖；圖6為6米葉片弦長與半徑關係，其它葉片與6米葉片長度方向等比例；圖7為6米葉片扭角與半徑關係，其它葉片與6米葉片長度方向等比例；圖8為葉片尖速比與風能利用係數關係。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步的說明。圖1為風力發電系統結構示意圖。風力發電系統包括風葉(葉片1和輪轂2)、剎 車機構3、增速機構4、發電機5、偏航機構6、結構支撐梁7、底板8、混凝土杆塔9等構成。所 述葉片葉根處為S823翼型，葉尖處為S822。在葉尖處設置有IOOmm削尖過渡段。為設計適用於低風速環境的風電機葉片，構建了葉片優化設計平臺，該平臺由四 個功能模塊組成①遺傳算法數值最優化模塊；②風輪性能計算模塊；③葉片扭角和弦長 參數化模塊；④目標函數設置模塊。根據設計要求，設計風速取6m/s、風輪半逕取6m、9m或其他長度，風輪葉片數為3， 設計目標為風輪輸出功率最大，應用葉片優化設計平臺，得到葉片三維造型，然後採用計算 機數值仿真得出風力機運行風速範圍內，風輪輸出功率與風輪轉速及風速的關係曲線，為 負載(發電機和併網逆變電源組合)與風輪在設計風速和非設計風速下全工況匹配提供依 據。為進一步提高風力機輸出功率、並且減小葉尖渦產生的噪聲，在葉尖處增加IOOmm 削尖過渡段。本實用新型的保護範圍不限於具體實施方式
中的保護範圍，對具體實施方式
所做 出的不需創造性勞動的變形都屬於本實用新型的保護範圍。
權利要求一種低風速地區風力發電葉片，包括葉根和葉尖，其特徵在於所述葉片葉根處為S823翼型，葉尖處為S822翼型葉尖處設置有削尖過渡段。
2.根據權利要求1所述的低風速地區風力發電葉片，其特徵在於葉片沿葉高方向， S823翼型與S822翼型所佔比例相等，中間段兩種翼型為等比例過渡，葉片中間段往葉根 處，S823比例逐漸增大、S822比例逐漸減小；中間段往葉尖處，S823比例逐漸減小、S822比 例逐漸增大；所述在葉尖處的削尖過渡段為100mm。
專利摘要本實用新型公開了一種適用於低風速地區的風力發電葉片，其特徵在於所述葉片葉根處為S823翼型，葉尖處為S822翼型，葉尖處設置削尖過渡段。本實用新型的風力發電葉片，適宜在年平均風速4m/s～6m/s的低風速地區使用，適用於風輪直徑10～20米、風力發電額定功率在10kW～50kW間的風力發電機。因採用S823和S822翼型的結合，可保證風力發電機在低風速環境下實現最大風能吸收，輸出功率最佳，同時保證偶發性大風狀況下的安全。
文檔編號F03D11/00GK201621016SQ20102012482
公開日2010年11月3日 申請日期2010年3月8日 優先權日2010年3月8日
發明者徐洪, 李群, 殷明慧, 江林, 蒯狄正 申請人:江蘇省電力試驗研究院有限公司