单台风力机风速和气温的实时预测系统开发

为了应对全球性能源危机和环境污染,各国争相开发利用可再生能源,目前风能是最具大规模商业化开发利用潜力的可再生能源之一.在利用风能进行发电时,开发一个针对风速和气温的实时预测系统对于风电场电力系统的调度和安全稳定运行具有重要意义.本文介绍了基于清华大学建筑设计院楼顶的单台聚风型风力机的一个实时预测系统,此预测系统使用时间序列法中的ARMA(Auto Regression Moving Average)模型对风速和气温进行预测,其可靠性和精确度通过比较预测结果与超声波风速仪的测量数据得到验证.     

风电场地形绕流的CFD结果确认研究

掌握复杂地形区域的风能分布对风电场微观选址至关重要.为把CFD技术应用于风场中实际地形的风流动模拟,本文选择三种具有实验数据的典型地形进行数值计算,并对数值结果进行确认研究.文中简述了不同网格和不同湍流模型对旋涡位置和速度分布的影响,并探讨了为增加风能利用率,如何确定风力机的最佳安装位置.     

基于高斯过程的风电场尾流功率代理模型

代理模型可有效减少全风况下计及尾流效应的风电场输出功率计算所需的模型评估次数,而有效的插值函数及采样方法可以极大地减少代理模型建立所需时间。结合风电场输出功率特性,本文以风速、风向为变量,研究核函数及训练样本对代理模型的影响,提出基于高斯过程的风电场尾流功率代理方法。通过代理模型功率预测均值及不确定性分析,获得基于不同变量的尾流功率最优代理模型参数方案,同时验证了高斯过程模拟风电功率特征的有效性。     

基于制动盘模型的复杂地形风电场空气动力场数值模拟

研究复杂地形条件风电场空气动力场对风电场的微观选址、风功率预测等有着重要的意义。本文采用制动盘理论简化风力机对风场空气动力场的影响,按照数值方法求解复杂地形条件风场空气动力场,研究网格、边界条件以及湍流模型等对风场空气动力场的影响,结合风电场实测数据对比分析风场空气动力场数值计算方法的可靠性,得到适合复杂地形风场空气动力场数值计算方法。研究结果可为风电场微观选址和风功率预测等提供参考。     

涡与叶片间的作用对Savonius型风力机性能的影响

风能是我国发展最快的可再生能源.萨沃纽斯(Savonius)风力机是一种典型的垂直轴式风力机,具有结构简单、自启动性能好等优点,但是其能量转换效率较低,最佳叶尖速比在1左右,最佳风能利用率可达到20%。本文对不同尖速比下的Savonius型风力机的气动性能进行了模拟研究,并从涡的观点比较和分析了Savonius型风力机的性能规律,结果表明流场中的涡结构对叶片的作用可显著影响Savonius风力机的性能.     

基于粒子群算法的风力机优化布置研究

风力机的优化布置是风电场规划中的关键环节,其布置方案的优劣直接影响风资源的利用率以及风电场的经济性水平。本文以粒子群优化算法(PSO)为基础,开展了风力机优化布置程序的开发研究工作,并通过与其他文献的对比,首先进行了PSO算法的确认,然后在此基础上,应用该算法开展了风电场不同入流风速情况对其年发电量、经济性和风力机最优布置方案的影响研究。     

均匀人流风力机模型尾流特性实验研究

本文利用热线风速仪测量了低速风洞内均匀入流风况下风力机模型后不同流向位置处的尾流流场。通过分析平均速度和湍流强度廓线,可以发现随着远离转子,湍流强度和速度亏损逐渐减小,尾流区轴向速度逐渐增大。由于塔架塔影效应影响,转子下侧速度偏低,湍流强度偏大,因而不可忽略塔架对于小型风力机近尾流特性的影响。     

聚能-遮风型风力机

在世界范围内,风能资源正在被大规模开发利用,风电装机容量正以每年30%～50%的速度高速增长.本文利用商用计算流体力学软件,研究了一种适合任意风向的聚能风力机.研究发现聚能-遮风板的形状对风力机的气动性能有较大影响,选用合适的聚能-遮风板形状可以显著地提高转子输出功率以及风能利用率.     

大气稳定度对山地风力机功率影响研究

大气稳定度对风力机功率影响较为显著,但该影响在复杂地形中的研究尚不深入。本文通过分析某一山地风电场运行数据和流场测量数据,定量研究了大气稳定度通过风加速因子、湍流强度和风切变指数对风力机功率的影响。受地形影响,风力机来流风速不能直接按上游测风塔轮毂高度风速处理,使用机舱风速根据机舱风速传递函数推算。研究表明,非中性与中性条件下的风加速因子的差值与中性条件下地形效应正相关,且由风加速因子不同造成的来流风速每改变1%可引起功率改变3%。对于同一来流风速,中性时的功率最大,稳定条件时功率略微降低,而在不稳定条件下功率降低显著可达到8%。这一差异可能与风力机最大功率追踪的控制系统参数按中性条件设置相关。     

偏远地区离网混合可再生能源系统建模与优化

本文提出了以太阳能、风能和生物质能为能源输入的离网混合可再生能源系统建模及优化设计框架,综合考虑了偏远农村地区能源供需和用电模式的独特性。对离网混合可再生能源系统进行了建模,并给出其技术经济性评价体系。通过对中国西部某村庄的实例分析,验证了该框架及模型的有效性。结果表明,相比于电网延伸,在偏远农村地区发展离网混合可再生能源系统具有显著的经济、环境效益。     

切变入流风况下风力机尾流特性研究

致动线模型利用旋转的线表示叶片,利用二维翼型气动数据根据BEM理论计算叶素点作用力,同时通过求解N-S方程计算转子流场。本文首先基于商业CFD软件ANSYS FLUENT开发了致动线模型,并计算了切变入流风况下风力机的气动和尾流特性,发现由于地面阻碍和风切变效应导致风力机尾流存在明显的非对称特征。     

以全面质量管理观引导风能发电

1风能发电的趋势 ①风能发电是新能源发展的重要途径风能作为一种可再生能源,具有取之不尽,用之不竭,无污染的特性．风力发电相对太阳能、生物质等可再生能源技术更为成熟,成本更低,对环境破坏更小．在过去20多年里,风力发电机技术不断取得突破,规模效益日益明显．使用风能发电已成为世界可再生能源发展的重要途径．     

基于风轮平均风速的风电场致动盘模型

针对风电场空气动力学计算中致动盘模型参考风速难以确定的问题,本文提出了一种根据风轮平均风速计算致动盘动量源项的方法。该模型使用体积修正因子对致动盘区域动量源项进行修正,降低致动盘区域网格辨识误差对模拟的影响;结合拓展k-ε湍流模型,改进ε源项参数的分布规律,提高模型对于风电场尾流模拟可靠性。Nibe-B风力机和Homs I近海风场的尾流计算结果表明所提出的模型能够较为准确地模拟风电场空气动力场分布。     

基于液膜动力学分析的风力机结冰计算模型研究

寒冷气候条件下的风能资源开发已逐渐成为风电领域竞争的焦点之一。建立高效准确的结冰计算模型是研究风力机结冰问题的重要途径。现有模型主要通过结冰过程中液膜的质量和能量守恒进行冰形评估,难以准确地描述液膜的复杂动力学行为。在液膜质量和能量守恒计算的基础上,耦合包括风剪切作用、压力场环境、表面张力及重力影响的液膜动量输运方程,建立了结冰计算模型。依托中国空气动力研究与发展中心3 m×2 m结冰风洞开展了大尺度风力机HQ63-17翼型的结冰风洞试验,获得了风力机翼型在典型结冰工况下的冰形特征,通过试验验证了模型的准确性。在此基础上开展了结冰过程中的液膜动力学特性分析。该模型为风力机冰形评估及结冰防护系统设计奠定了基础。     

叶片弯掠对风力机气动性能的影响

叶片形状的变化对叶片的气动性能有着显著的影响,采用合理的叶片形状可以有效地提高叶片的气动性能。本文采用带自由尾迹的升力面法,研究了风力机叶片的弯掠对风力机整体气动性能的影响。预测结果显示采用前后掠的叶片在一定程度上改变风力机的风能利用系数。使用后掠叶片使叶片在中后段部分所受升力小于前掠叶片上对应升力,而在叶片前端所受升力大于前掠叶片上对应升力,同时使用后掠叶片将在一定程度上增加风力机风能利用系数,而使用前掠叶片则减少风力机风能利用系数。采用上弯或下弯形式的叶片同样也会在一定程度上提高风力机的风能利用系数。     

螺旋型垂直轴风力机的气动与启动性能研究

垂直轴风力机因其结构简单、无需迎风、传动简便、制造容易、成本低等优点而备受关注。垂直轴风力机通常可分为升力型和阻力型两大类。一般来讲,升力型风力机的风能利用率较高,而阻力型风力机的风能利用率较低。然而,直叶片升力型垂直轴风力机因某些相位处的启动扭距小,有时需要通过电机带动才能启动。本文应用计算流体力学方法,研究了一种螺旋升力型风力机,结果表明:螺旋型风力机不但具有较高的气动性能,而且具有较好的启动性能。     

基于无烟煤软碳负极材料的低成本钠离子电池开发成功

正环境污染问题日益突出,风能、太阳能等清洁能源的利用越来越受到人们的关注,但是这些能源是间隙性的,限制了其发展和广泛应用,大规模储能技术是解决可再生能源高效利用瓶颈的关键技术。锂离子电池是一种非常重要的储能技术,广泛应用于便携电子设备和新能源汽车上,随着电动汽车、智能电网时代的到来,锂离子电池大规模发展受到锂资源短缺的     

太阳能的利用

 随着全球的化石能源资源逐渐短缺、气候变化等环境压力也日趋增大,太阳能、风能以及生物质能等新能源和可再生能源已被世界各国政府作为重要的战略替代能源。     

改进致动面模型的多风力机尾流研究

致动模型是一种较新的CFD计算模型,通过在N-S方程添加源项的形式模拟叶片对流场的作用,减少了网格数量和计算时间。本文结合面元法在致动模型上提出一种改进致动面模型,并在OpenFoam平台对改进致动面模型进行尾流预测,数值研究了NREL Phase VI水平轴风力机在均匀来流中的流场特性,对垂直和错排两种排布方式下的多风机尾流流场特性作出分析,如涡结构、速度亏损、尾迹干涉等,为深入研究风力机尾流以及风场开发提供了一定的依据。     

热带气旋大气边界层风力机尾流特性研究

本文利用尖劈和粗糙元在低速风洞内生成了具有高风速和高湍流强度特征的热带气旋大气边界层,并测量了热带气旋作用下风力机模型后不同流向位置处的尾流特性,发现距离转子越远,尾流区内轴向速度亏损和湍流强度越小;距离转子6R位置处风力机尾流基本恢复,原因在于高入流湍流强度的影响。