现在熟悉的传统螺旋桨风力涡轮机的景象在未来可能会被更紧凑和高效的垂直涡轮机的风电机所取代。牛津布鲁克斯大学的新研究发现,垂直涡轮机的设计在大规模风电场中比传统涡轮机的效率高得多,而且当垂直涡轮机成对设置时,彼此的性能可提高15%。


由Iakovos Tzanakis教授领导的牛津布鲁克斯大学工程、计算和数学学院(ECM)的一个研究小组进行了一项深入的研究,使用了超过11500小时的计算机模拟,表明通过用紧凑型垂直轴风力涡轮机(VAWT)取代传统的螺旋桨式水平轴风力涡轮机(HAWT),风电场可以更有效地运行。

垂直风力涡轮机可将风力发电性能提高15%

垂直涡轮机比传统风车涡轮机更有效率


这项研究首次在现实的规模上证明了大规模的垂直轴风力涡轮机在竞争目前的HAWT风力农场涡轮机方面的潜力。


涡扇式水轮机围绕垂直于地面的轴旋转,它们表现出与众所周知的螺旋桨设计(HAWTs)相反的行为。研究发现,当以网格形式排列时,VAWT会增加彼此的性能。定位风轮机以使输出最大化对风电场的设计至关重要。


Tzanakis教授评论说:"这项研究证明了风电场的未来应该是垂直的。垂直轴风电场的涡轮机可以被设计得更加紧密,提高其效率,最终降低电价。从长远来看,垂直轴风电场可以帮助加速我们能源系统的绿色转型,从而使更多的清洁和可持续能源来自于可再生资源。"


随着英国的风能容量预计到2030年几乎翻倍,这些发现是设计更高效的风电场、了解大规模风能采集技术以及最终改进可再生能源技术以更快地取代化石燃料作为能源来源的一个垫脚石。

垂直风力涡轮机可将风力发电性能提高15%

实现风力发电目标的经济有效的方法


根据《2021年全球风能报告》,在未来十年内,世界需要将风力发电的安装速度提高三倍,以实现净零目标,避免气候变化的最坏影响。


该报告的主要作者、工程学士Joachim Toftegaard Hansen评论说:"现代风电场是产生绿色能源的最有效方式之一,然而,它们有一个主要缺陷:当风接近前排涡轮机时,将在下游产生湍流。湍流对后面几排的性能是不利的。换句话说,前排将把大约一半的风的动能转化为电能,而对于后排,这个数字下降到25-30%。每个涡轮机的成本超过200万英镑/兆瓦。作为一名工程师,我很自然地想到,一定有一个更具成本效益的方法。"


该研究是第一个全面分析风力涡轮机性能的许多方面的研究,涉及到阵列角度、旋转方向、涡轮机间距和转子数量。这也是第一项研究,调查性能改进是否适用于串联设置的三台VAWT涡轮机。


文章的共同作者、ECM的高级讲师Mahak博士评论道,使用计算方法来理解流动物理的重要性是不可低估的。与庞大的实验测试设施相比,这些类型的设计和增强研究的成本只是一小部分。这在最初的设计阶段尤其重要,对于试图实现最大设计效率和功率输出的行业来说非常有用。


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