小型垂直轴风力发电系统的研究应用

摘要

风能是最具商业前景的新能源形式之一。根据Emerging Energy Research预估，在2020年之前，1MW以下中小型风电市场将呈现稳定发展。至2020年，中小型将占风电市场的11％～33％。同时我国占全国土地76％的风电场都是年平均风速在3～5m/s的低速风场，而年平均风速为3～5m/s的低速风场风力小、不稳定，宜应用小型离网型风力发电机。因此，发展小型离网型风力发电技术也适宜我国国情，具有特别重要的意义。
　　 在此背景下，论文选择以H型垂直轴风力发电技术为对象开展了系列研究工作：(1)对比分析了不同类型风力发电技术的优缺点和研究现状；阐述了垂直轴风力发电技术的基本理论；借助空气动力学的分析方法，给出了扫风面积、叶轮直径、叶尖速比、叶轮实度比和攻角等的分析方法并分析了各因素对于风能利用率的影响规律；(2)基于计算流体力学原理，在fluent软件平台上进行了仿真研究，得到了不同叶轮直径、实度比、安装角、叶尖速比条件下叶轮周围区域的压力分布云图、速度分布云图、叶片表面压力系数图及升阻比曲线图等，并进行了数据处理，得到了不同因素对于叶轮升力系数、阻力系数、力矩系数、风能利用率的影响规律；(3)根据仿真分析结果，对1.5KW H型垂直轴风力发电机的叶轮直径，叶片数、安装角等叶轮结构参数进行了优化设计；(4)确定了1.5KWH型垂直轴风力发电机机械结构总体设计方案，利用SOLIDWORKS软件完成了垂直轴风力发电机零件建模与整体装配，对各机械结构零件进行了参数设计和力学性能分析，并对整机结构可靠性及静态和动态载荷进行了分析；(5)制作了1.5KWH型垂直轴风力发电机样机，并进行了调试和安装。
　　 综上所述，论文在针对H性垂直轴风力发电技术的空气动力学性能影响因素，整机的设计与制造进行研究中，取得了一定的成果，可在一定程度上促进小型风力发电技术和低碳经济的发展。