72、椭圆型萨沃纽斯风力发电机扭矩和功率性能的提升

椭圆型萨沃纽斯风力发电机扭矩和功率性能的提升

1. 引言

全球发电正朝着可再生能源方向转变。2020 年，可再生能源发电容量增长了 12.5%，达到 3147 太瓦时，其中太阳能和风力发电容量分别为 707.5 和 733.3 太瓦时，同比分别增长 21.5%和 17.5%。印度计划在 2022 年从可再生能源中获取 175GW 的电力，这需要提高能在低风速下工作的陆上可再生能源的效率。

风力发电机主要分为宏观和微观两类。宏观的包括水平轴风力发电机（HAWT），微观的包括垂直轴风力发电机（VAWT）。HAWT 制造困难、噪音大且体积大，无法在所有地方安装；而 VAWT 制造简单，可在任何地方轻松安装。VAWT 又分为两类：仅依靠阻力的萨沃纽斯型和同时利用阻力和升力的达里厄斯型。萨沃纽斯型制造简单，能在低风速下自启动，但功率系数（Cp）较低。

许多研究人员致力于提高萨沃纽斯风力发电机的功率系数。在过去三十年中，对萨沃纽斯转子叶片的各种轮廓和形状进行了研究，发现椭圆型轮廓较为高效。例如，Alom 开发的椭圆型萨沃纽斯轮廓，通过改变切割角度（θ）优化后，在风速为 6.2m/s 时，最大 Cp 值可达 0.33，而传统半圆形轮廓的最高功率系数为 0.27。

2. 模拟细节

2.1 混合轮廓的几何细节

通过在椭圆上进行截面切割来获得不同的椭圆轮廓。切割角度是直线与长轴 OM 在点 P 相交形成的角度，点 P 位于从 O 到 OM 的 54%处，以确定影响数值结果的叶片弦长（d）。

2.2 椭圆尺寸

• OM = 0.198m
• ON = 0.132