国外风能利用和研制技术新进展

国外风能利用和研制技术新进展

　　风能利用中学组,利用率最高风能发电机,关于风能利用要 !风能作为可再生能源之一 $ 一直是开发和利用的重点 % 在新世纪 $ 风能在国民经济

　　和新能源发展中占有重要地位 $ 其利用和开发技术也有新的发展 % 关键词 !风能 ’风机 ’低速风洞

　　中图分类号 !NOP 文献标识码 !Q 利用风能产生电 & 制造氢的未来风能 , 氢能转化 模式有以下几种 $ 独立于电网的风能, 氢能生产 ’ 电 网辅助风能 ,氢能生产 ’ 风能供电网后富裕部分用于 氢能生产 ’ 连接电网的 & 集成的风能 , 氢能利用能源 系统 ’ 独立集成的风能, 氢能利用能源系统0图 %1 %

　　能源载体之一% 氢是另一种洁 净 & 高效 & 通用的能源载体 % 这两 种能源载体的结合可以满足所 有能源形式的需求 $ 并且能形成 一个持久 &独立的能源系统 % 氢所具有的许多独特性质使其成为理想的能 能 源 研 究 与 利 用

　　源载体 % 氢和电能以较高的效率转换 ’ 氢的制造原 材 料( (( 水 很 丰 富 $ 并 且 由 于 氢 使 用 后 产 生 的 是 水 $所 以 氢 是 完 全 可 再 生 燃 料’氢 能 以 多 种 形 式 存 储 $气 体 形 式( (( 便 于 大 规 模 存 储 $ 液 体 形 式 ( (( 便 于 空 & 天 运 输 $ 金 属 氢 化 物( (( 便 于 地 面 车 辆 和 其它小量所需的存储 ’ 氢能通过管道或储存罐远距 离传输 ’ 它的生产 & 储存 & 传输以及使用不会产生破 坏大气层的污染物 %

　　一些不易于铺设电网的偏远地区 $ 风能和太阳能是 组成独立能源系统的一个可选方案 % 对于多能源组 合供电系统 $为追求最小成本 $优化问题较为重要 % 较典型的混合多能源组合供电系统如图 ! 所 示 % 该系统由风力发电机 &太阳能光电板 &可充电电 池 & 辅助柴油发电机组成 %

　　作者简介 ! 战培国 R%S$(&1 $ 男 $ 山东省招远市人 $ 高级工程师 $ 研究方向是低速空气动力学 %

　　的沿海地区 ! 该风机月发 电 !$ 89: 左 右 ! 基 本 可 家庭应用领域的市场前景看好 % 在大型化发展方面 ! 由于陆地土地资源宝贵 ! 并

　　且通常风力资源地处偏僻地区 ! 这使风电传输成本 增高 % 近年来 !由于沿海近岸良好的风力资源环境 ! 海上风力发电系统的设计开发有了很大发展 ! 美国 设计了新型沿海近岸大型风机 ;图 63 %

　　的支撑塔杆上 !塔杆固定在海床上 #主轴末端由小型 飞艇悬挂 ! 海面上浮船绞盘钢索拉住保持平衡 !或采 用海面上三角悬浮支撑方式 %这样 !主转子就可以随 来风变化绕顶端旋转 % 主旋翼叶片由 7 段组成 !最外 段安装有 # 个直径 6?$ % 的风机 % 如此设计的一个 5 9 沿海近岸大型风力发 电系统 ! 装机成本 @$=89! 而陆上平均装机成本约

　　目标函数 %)3 表示系统运行成本和发电机燃料 消耗 #&)3 $$ )3 表示系统需考虑的一些限制条件 ! 包 括设计标准 $用户需求和一些组件的物理限制等 % 优化的方法主要有 单变量优化 # 多变量优化 # 线性编程 # 非线性编程 # 动态编程 # 整数 $ 混合整数编 程和随机编程 % 通过对优化算法的研究 ! 较好地解决了多能源 组合供电系统的优化组合问题 ! 可降低使用成本 &!’%

　　近岸海上风力资源开发在欧美取得了成功 ! 欧 洲未来风力发电增长的很大部分将来源于海上 ! 美 国能源部也制定了风力资源深海发展战略 ! 将海上 油 $ 气开发技术经验 与 近 岸 浅 水 ) !6 %3 风 能 开 发 技术相结合 ! 开展深海 )!! %3风能开发研究 % 海 上风力资源的开发已成为欧美关注的焦点 %

　　日本神钢电机公司的小型风力发电系统已进入普通 百姓家 ! 价格 !!6 万日元 ! 在月平均风速 7% 左右

　　二是风机噪声对噪声研究工作者是一个实实在在的 挑战 !因为风机桨叶外型已经比较流线;但依然 存在噪声 所以引起人们的研究兴趣 ! 风机噪声主要 包括 $ 低频噪声 # 桨叶翼型固有噪声 # 内流的湍流噪 声 #后缘噪声等 ! 利用风洞声学测量技术和航空声学 研究成果 探索风机噪声估算方法 研究桨叶噪声抑 制技术 可有效降低风机噪声% 图 #3 !

　　电的传输成本 !低风速风机技术的发展 将扩大风电 的可利用区域 减小风电传输成本 ! 低风速风机技术包括发展较高的塔杆 # 较轻的 新材料 # 大尺度旋翼 # 提高旋翼翼型转换效率 # 改进 控制效率等 !

　　风机桨叶是捕获风能的重要部件 针对风机功 率 #使用环境等不同 国外在大型低速风洞中进行了 大量翼型研究工作 建立了翼型实验数据库 发展了 翼型和桨叶设计计算程序 并且利用大型低速风洞 实验结果改进和修正计算方法 !

　　在自然环境中 风是紊乱的 研究风机时我们很 难将风机的结构动态响应与非定常内流分离开来 ! 因此 有必要在大型全尺寸风洞中 利用风洞的可控 风环境 测量研究风机的性能 ! 美国国家可再生能源实验室 %&’()* 与 &, 合作 利用 -!.! 英尺全尺寸风洞开展了桨叶直 径 . /#! 01 风机的非定常气动力试验研究 ! 在 不同风速下 进行了桨叶 # 桨毂 # 塔杆的气动力和结 构响应研究 模型实验状态超过了 . 2 种 ! 在桨叶 翼尖部 安装了烟流发生器 观察风机后流场情况 ! 风机气动力研究与风洞中进行的旋翼机研究有 相 似 和 可 借 鉴 之 处 &’() 与 &, 联 合 利 用

　　&, 的直升机旋翼计算模型 研究改进计算方法 ! #桨叶噪声抑制技术研究

　　风机噪声抑制技术研究已引起噪声研究人员的 关注 主要原因有两个 $ 一是随着风能利用技术的发 展 风场规模扩大 风机已移近人口居住地密集区 %