桑迪亚工程师正在重新评估垂直轴风力涡轮机

桑迪亚工程师正在为VAWT汽轮机 - 刀片创造几个概念设计

桑迪亚工程师基于几十年的风能研究和经验基于其工作,正在创造几个概念设计,通过现代建模软件运行这些设计,并将这些设计选项缩小到一个用于VAWT涡轮刀片的单一,最可行的设计。结果尚未进入,但早期的进一步测试是Darrieus设计。Josh Paquette和Matt Barone的插图

致力于美国海上风发电的先进转子技术,桑迪亚科学家正在通过创建几种概念设计并通过现代建模软件创造和运行这些设计来寻找垂直轴风力涡轮机刀片的最佳设计。

Albuquerque,新墨西哥州 - 桑迪亚国家实验室的风能研究人员正在重新评估垂直轴风风力涡轮机(VAWTS),以帮助解决从海上布雷兹产生能源的一些问题。

虽然自桑迪亚和其他地方最早的风能研究自最早的风能研究以来,但VAWT架构可以改变海上风力技术。

由于安装和操作挑战,海上风电的经济学与陆地涡轮机不同。盗贼提供三大优势,可以降低风能成本:下涡轮机重力;减少机器复杂性;和更好的尺寸可扩展性。

较低的重心意味着改善了稳定性的稳定性和较低的重力疲劳负载。

此外,VAWT上的动力传动系统在表面或附近,可能使维护更容易,耗时较少。较少的部件,较低的疲劳负载和更简单的维护均导致维护成本降低。

他们的简单性优雅

桑迪亚正在2011年的2011年能源部门(DOE)征集的研究,为美国海上风电器发电的先进转子技术。今年1月开始了五年,410万美元的项目。

Wind Energy Technologies Manager Dave Minster表示,Sandia的风能计划旨在解决增加低碳发电的国家能源挑战。

“在机械简单方面,黎明是优雅的,”桑迪亚的两个主要调查人员之一Josh Paquette说。“它们的部分较少,因为它们不需要控制系统来指向​​吹风的吹风。”

这些特性适用于海上风的设计限制:支撑结构的高成本;需要简单,可靠的设计;和经济尺度,需要更大的机器比当前的基于陆地设计。

大约300米的大型离岸VAWT刀片将生产比陆上风力涡轮机的刀片更多。但随着机器及其基金会更加越来越近10-20兆瓦(MW)级 - 涡轮机和转子成为近海涡轮机整体系统成本的更小的比例,因此VAWT架构的其他优势可能超过抵消转子成本增加。

挑战仍然存在

然而,在盗贼之前仍然可以用于大型海上发电的挑战。

弯曲的VAWT叶片是复杂的,使制造难以。生产非常长的VAWT刀片需要创新的工程解决方案。该项目的其他主要调查员Matt Barone表示,合作伙伴爱荷华州立大学和TPI复合材料将探索新技术,以使得能够以前所未有的规模制造几何复杂VAWT叶片形状,但成本可接受。

VAWT刀片还必须克服动力传动系统上的循环载荷问题。与水平轴风力涡轮机(HAWTS)不同,如果风保持稳定,则基于叶片是否处于上风或下行位置,瓦文具有两个“脉冲”的扭矩和功率。这种“扭矩波纹”导致不稳定的负载,这可以导致动力传动系统疲劳。该项目将评估新的转子设计,该设计能够平滑这些扭矩振荡的幅度,而不会显着增加转子成本。

由于十年前的第一代VAWT开发,所以更新的设计必须纳入几十年的研发,已经内置于目前的HAWT设计。重振VAWT研究意味着找出将有助于加速涡轮机设计工作的模型。

“支撑这项研究努力将是一种工具开发工作,将综合和增强现有的空气动力学和结构动态码,以创建一个公开的空气弹性设计工具,为盗贼为”。“

需要:空气动力学制动

另一个挑战是刹车。较旧的VAWT设计没有空气动力学制动系统,并仅依赖于机械制动系统,这些系统比在HAWTS上使用的空气动力学制动器更难以维持和更可靠。

Hawts使用可绞痛的刀片,该刀片在一个或两个轮内停止涡轮机,而不会损坏涡轮机,并且基于多个冗余,故障安全的设计。Barone表示,新的VAWT设计需要坚固的空气动力学制动器,可靠且经济高效,二次机械制动器非常像现代湖泊。与HAWT制动器不同,新的VAWT制动器不会积极投球刀片,这具有他们自己的可靠性和维护问题。

VAWT技术:桑迪亚的悠久历史

桑迪亚团队在德克萨斯州丛林队的垂直轴风风力涡轮机测试平台的20世纪80年代后期完成安装

桑迪亚团队在德克萨斯州丛林队的垂直轴风力涡轮机测试平台的20世纪80年代后期完成安装。照片由兰迪蒙扬亚

在20世纪70年代和20世纪80年代,当风能研究处于起步阶段时,逃亡者被激活地发展为风力发电机。虽然看起来很奇怪,但他们对他们有很多:他们比他们的水平轴堂兄弟更简单,所以他们往往更加可靠。有一段时间,盗贼抓住了自己的君子。但随后风力涡轮机缩放。

“由于在1至5兆瓦的转子成本的优势,船长成为陆地风力的主要技术主要是由于1至5兆瓦的优势,”Paquette表示。

在20世纪80年代,研究更加集中在HAWT涡轮机上,许多VAWT制造商留下了业务,将盗贼寄往风能博物馆的“也跑”。

但是,变化的风吹了吹拂的吹动。

桑迪亚正在开采风能历史的丰富性。在原来的风能工程师之一的风力研究人员正在经历几十年的桑迪亚研究和编制所吸取的经验教训,以及识别20世纪90年代在桑迪亚的VAWT研究结束时描述的一些关键未知数。

该计划的第一阶段将在两年内进行,将涉及创建几个概念设计,通过现代建模软件运行这些设计,并将这些设计选项缩小到单一,最可行的设计。在此阶段,Paquette,Barone及其同事们将看一下各种类型的空气弹性转子设计,包括HVAWTS和V形瓦文。但是早期的转子类型是Darrieus设计。

在第二阶段,研究人员将在三年内建立所选的设计,最终将其视为涡轮机必须在离岸环境中忍受的极端条件。

除转子设计外,该项目还将考虑不同的基础设计:早期候选人是驳船设计,张紧腿平台和翼梁浮标。

项目合作伙伴将在许多元素上工作。

另一个合作伙伴是缅因大学,将开发浮动VAWT平台动力学代码和亚电视原型风/波盆地测试。爱荷华州立大学将为海上VAWT刀片和船只风洞测试制造制造技术。TPI复合材料将设计概念验证的副刀片并开发商业化计划。Tu-Delft将在空气弹性设计和优化工具开发和建模工作。德克萨斯州A&M大学将在空气弹性设计工具开发上工作。

“最终这一切都是关于能量成本的。所有这些决定都需要导致设计有效和经济上可行的设计,“Paquette说。

图片:Josh Paquette和Matt Barone;兰迪蒙蒂亚

1条评论在“桑迪亚工程师正在重新评估垂直轴风力涡轮机”

  1. 在扭矩纹波/功率脉冲问题上,可能是第三或第四刀片帮助?或者会这样做
    剁并弄乱空气流量?
    螺旋刀片可以解决这个问题吗?

    V形思想很有意思。
    当一个vawt是另一个人的下风时,
    拥有其中一个v的指向,另一个
    可能会“分享”风的流量。(这可能只在浅风中更有利。)
    在盛行风的一个地区,一个区域
    相对V之间的钻石形VAWT可能是有用的,但只有其中三个可以作为群体枢转入风,并且如果好处会证明额外的建筑。

    祝你好运!
    马蒂

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