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【分析】不同類型風電機組的效率對比(上)

2015-11-24 來源:“雞尾酒風機”新浪博客 瀏覽數:1651


 第一部分:推導
  葉片的發電量P=Cp*0.5*ρ*π*R2*V3
即P=Cp *0.5*空氣密度*掃風面積*風速3次方
Cp是葉片效率,當葉片長度固定時,提高葉片的發電量P完全取決于提高Cp。
Cp是是一個二元函數,Cp(λ,β),即Cp(葉尖速比,槳角)
λ葉尖速比= 葉尖的速度/風速 =k*葉片轉速/風速(公式1)
額定風速以下時,槳角基本不變,約等于0附近的一個數,Cp變成一個一元函數,Cp(λ),
即Cp(葉尖速比)。
現在我們已經大大簡化Cp函數了,Cp(λ)是一個怎樣的函數呢?上圖!
  圖1,Cp(λ)曲線
這是一個典型的葉片Cp曲線。當λ等于一個最佳值λopt時(圖中λopt=7.5),CP(7.5)=Cpmax(圖中Cpmax =0.45)。
欲讓葉片始終效率最高,即保持Cp=Cpmax恒定最大,必須保持λ=λopt恒定。
現在,葉片始終效率最高這個問題,轉化成如何保持保持λ=λopt恒定。
 第二部分:舉例
  舉一個例子,假設切入風速為3m/s,額定風速12m/s。當風速變化從3m/s到12m/s,葉片轉速需從4rpm 變化到16rpm。這樣才能全程保持λ=λopt恒定。
即λopt=k*葉片轉速/風速=k*4rpm/3m/s=k*16rpm/12 m/s。
即,葉片轉速比必須保證是4倍,才能保證葉片最佳發電量。
 第三部分:結論
  稍微對公式1做個簡單變換可知。
結論1:理想風機的轉速比必須足夠寬:
轉速比=額定轉速/切入轉速=額定風速/切入風速(公式2)
結論2:在相同風機功率、葉片長度、額定轉速和接近相同的翼型下,誰家風機的轉速比越寬,則轉速范圍越寬,葉片保持最佳發電量的風速段越寬,如圖2所示。
  圖2,理想Cp曲線、典型雙饋Cp曲線、典型直驅Cp曲線
最后:具體應用
  理想風機的葉片先討論到這里,下面看看具體應用到不同類型風機的。
這里有個簡單的比較列表,各家不同類型風機轉速比。
  表1:各家不同類型風機轉速比
請注意,轉速比由不同類型的發電機+變頻器決定,跟葉片長度、功率大小關系不大。
比如,Nordex雙饋1.5MW風機,70m直徑的轉速范圍是10.6-19rpm,其能追蹤的最佳風速范圍是6-10.8m/s。很容易通過(公式2)驗證: 19rpm /10.6rpm =10.8m/s /6 m/s。
閱讀上文 >> 風電可研發電量計算準確性的主要影響因素
閱讀下文 >> 基于變壽命模型的改善風電可調度性的電池儲能容量優化

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