总之,风力涡轮机叶片设计面临各种挑战和考虑因素。成本效益、制造可扩展性、材料选择、结构完整性、环境影响、社会接受度、维护和电网整合都是需要解决的重要因素。行业利益相关者、研究人员和政策制定者之间的持续研究、创新和合作对于克服这些挑战并确保风能行业的可持续增长至关重要。通过解决这些问题,风能行业可以继续为更清洁、更可持续的能源未来做出贡献。
垂直轴风力涡轮机 (VAWT) 在城市、偏远地区和海上应用的开发中重新引起了人们的兴趣。过去的研究表明,在能量捕获效率方面,VAWT 无法与水平轴风力涡轮机 (HAWT) 竞争。在低叶尖速比 () 下,VAWT 性能受到动态失速 (DS) 效应的困扰,其中每个叶片每转一圈都会超过静态失速多次。此外,对于 <2,叶片在超过 70% 的旋转期间在失速之外运行。但是,VAWT 具有许多优势,例如全向操作、发电机靠近地面、更低的噪音排放以及使用寿命更长的非悬臂叶片。因此,减轻动态失速并改善 VAWT 叶片的空气动力学性能以提高功率效率是近年来的热门研究课题,也是本研究的方向。西弗吉尼亚大学过去的研究重点是增加循环控制 (CC) 技术以改善 VAWT 空气动力学并扩大操作范围。通过增强 NACA0018 翼型以包含 CC 功能,生成了一种新颖的叶片设计。收集了一系列稳定喷射动量系数 (0.01≤C ≤0.10) 的静态风洞数据,用于分析涡流模型性能预测。开发了控制策略以优化整个旋转过程中的 CC 喷射条件,从而提高了 2≤≤5 的功率输出。但是,产生稳定 CC 喷射所需的泵送功率使增强涡轮机的净功率增益降低了约 15%。这项工作的目的是研究脉冲 CC 喷射驱动,以匹配稳定喷射性能和降低的质量流量要求。迄今为止,尚未完成任何实验研究来分析俯仰翼型上的脉冲 CC 性能。本文描述的研究详细介绍了关于稳定和脉冲喷射 CC 对俯仰 VAWT 叶片空气动力学影响的首次研究。实施了数值和实验研究,改变了 Re 、k 和 ± 以匹配典型的 VAWT 操作环境。根据先前流动控制翼型研究的有效范围,分析了一系列降低的喷射频率 (0.25≤St≤4) 和不同的 C 。由于动态失速效应,发现翼型俯仰将基线升阻比 (L/D) 提高高达 50%。当 C =0.05 时,动态失速对稳定 CC 翼型性能的影响更大,在正攻角时 L / D 增加 115%。脉冲驱动可匹配或改善稳定喷气升力性能,同时将所需质量流量减少高达 35%。从数值流可视化来看,脉冲驱动可降低 DS 期间尾流涡度的大小和强度,从而导致相对于基线和稳定驱动情况的轮廓阻力较低。编制了一个俯仰翼型测试数据库,包括气动系数 (C l 、C d) 的过冲和滞后,以改进分析模型输入,从而更新 CCVAWT 性能预测,其中将直接反映上述 L / D 改进。相对于年功率输出为 1 MW 的传统 VAWT,WVU 之前的工作证明,增加稳定喷气 CC 可以将总输出提高到 1.25 MW。但是,产生连续喷气的泵送成本将 CCVAWT 的年度净收益降低到 1.15 MW。目前的研究表明,由于质量流量要求降低,脉冲 CC 喷射可以回收 4% 的泵送需求,从而将 CCVAWT 的年净发电量提高到 1.19 MW,相对于传统涡轮机提高了 19%。
垂直轴风力涡轮机 (VAWT) 在城市、偏远地区和海上应用的开发中重新引起了人们的兴趣。过去的研究表明,在能量捕获效率方面,VAWT 无法与水平轴风力涡轮机 (HAWT) 竞争。在低叶尖速比 () 下,VAWT 性能受到动态失速 (DS) 效应的困扰,其中每个叶片每转一圈都会超过静态失速多次。此外,对于 <2,叶片在超过 70% 的旋转期间在失速之外运行。但是,VAWT 具有许多优势,例如全向操作、发电机靠近地面、更低的噪音排放以及使用寿命更长的非悬臂叶片。因此,减轻动态失速并改善 VAWT 叶片的空气动力学性能以提高功率效率是近年来的热门研究课题,也是本研究的方向。西弗吉尼亚大学过去的研究重点是增加循环控制 (CC) 技术,以改善 VAWT 空气动力学性能并扩大操作范围。通过增强 NACA0018 翼型以包含 CC 功能,生成了一种新颖的叶片设计。收集了一系列稳定喷射动量系数 (0.01≤C ≤0.10) 的静态风洞数据,用于分析涡流模型性能预测。开发了控制策略以优化整个旋转过程中的 CC 喷射条件,从而提高了 2≤≤5 的功率输出。但是,产生稳定 CC 喷射所需的泵送功率使增强涡轮机的净功率增益降低了约 15%。这项工作的目的是研究脉冲 CC 喷射驱动,以匹配稳定喷射性能和降低的质量流量要求。迄今为止,尚未完成任何实验研究来分析俯仰翼型上的脉冲 CC 性能。本文描述的研究详细介绍了关于稳定和脉冲喷射 CC 对俯仰 VAWT 叶片空气动力学影响的首次研究。实施了数值和实验研究,改变了 Re 、k 和 ± 以匹配典型的 VAWT 操作环境。根据先前流动控制翼型研究的有效范围,分析了一系列降低的喷射频率 (0.25≤St≤4) 和不同的 C 。由于动态失速效应,发现翼型俯仰将基线升阻比 (L/D) 提高高达 50%。当 C =0.05 时,动态失速对稳定 CC 翼型性能的影响更大,在正攻角时 L / D 增加 115%。脉冲驱动可匹配或改善稳定喷气升力性能,同时将所需质量流量减少高达 35%。从数值流可视化来看,脉冲驱动可降低 DS 期间尾流涡度的大小和强度,从而导致相对于基线和稳定驱动情况的轮廓阻力较低。编制了一个俯仰翼型测试数据库,包括气动系数 (C l 、C d) 的过冲和滞后,以改进分析模型输入,从而更新 CCVAWT 性能预测,其中将直接反映上述 L / D 改进。相对于年功率输出为 1 MW 的传统 VAWT,WVU 之前的工作证明,增加稳定喷气 CC 可以将总输出提高到 1.25 MW。但是,产生连续喷气的泵送成本将 CCVAWT 的年度净收益降低到 1.15 MW。目前的研究表明,由于质量流量要求降低,脉冲 CC 喷射可以回收 4% 的泵送需求,从而将 CCVAWT 的年净发电量提高到 1.19 MW,相对于传统涡轮机提高了 19%。
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2-1:常规实验的测试目标和结构模型 .............................................................................. 13 2-2:RTHS 测试活动目标和结构模型摘要 .............................................................................. 15 2-3:FWT 常规实验的比例因子 ............................................................................................ 17 2-4:常规和 RTHS 实验的测试设置 ...................................................................................... 21 2-5:常规和 RTHS 实验中的仪器 ............................................................................................. 27 2-6:FWT 的常规和 RTHS 实验室实验摘要 ...................................................................... 31 2-7:选定的海上实验摘要 ............................................................................................................. 32 3-1:vRTHS 和数值建模测试或模拟的文献综述。 .................. 39 3-2: FWT 的 RTHS 实验总结 .............................................................................. 40 3-3: MIT/TLP 平台和 5 MW NREL 风力涡轮机结构特性 (Matha, D., 2010) 47 3-4: TLP MIT/NREL FWT 的固有频率验证(参考) ............................................................. 51 3-5: 子结构方法......................................................................................................................... 54 3-6: 气动和流体动力学载荷工况 ............................................................................................. 60 3-7: 评估标准 res
摘要该系统旨在促进可再生能源的使用,并减少对不可再生能源(例如化石燃料)的依赖。该系统包括多个组件,包括光伏(PV)面板,风力涡轮机,电池存储,负载管理和主网格。这些组件的整合为家庭和企业提供了可靠且稳定的电力来源,尤其是在容易停电的地区。电池存储系统有助于平衡可再生能源的间歇性质,从而提供了更一致的电力。此外,该系统可以减少发电过程的碳足迹,并有助于减轻气候变化的影响。总的来说,实施PV式储存涡轮机载荷 - 货网系统有可能改变我们的生产方式和消耗电力,从而为子孙后代创造了更可持续和弹性的能源系统。
摘要:风力涡轮机叶片 (WTB) 是由复合多层材料结构组成的关键子系统。WTB 检查是一个复杂且劳动密集型的过程,其失败会给资产所有者带来巨大的能源和经济损失。在本文中,我们提出了一种用于叶片复合材料的新型无损评估方法,该方法采用调频连续波 (FMCW) 雷达、机器人和机器学习 (ML) 分析。我们表明,使用 FMCW 光栅扫描数据,我们的 ML 算法(SVM、BP、决策树和朴素贝叶斯)可以区分不同类型的复合材料,准确率超过 97.5%。SVM 算法的性能最佳,准确率为 94.3%。此外,所提出的方法还可以获得检测表面缺陷的可靠结果:层间孔隙率,总体准确率为 80%。特别是,SVM 分类器的最高准确率达到 92.5% 至 98.9%。我们还展示了检测复合材料 WT 结构中 1 毫米差异的气孔的能力,使用 SVM 的准确率为 94.1%,使用 Naïve Bayes 的准确率为 84.5%。最后,我们创建了物理复合材料样品的数字孪生,以支持 FMCW 数据相对于复合材料样品特性的集成和定性分析。所提出的方法探索了一种用于复合材料非接触表面和地下的新型传感方式,并为开发替代的、更具成本效益的检测方法提供了见解
在许多隔离能源系统结合了各种可再生技术的情况下,阿拉斯加社区提供了有价值的课程,可以在整个北极应用。在此案例研究中,我们采访了有兴趣在能源系统中添加可再生能源的社区,以了解他们的需求和挑战。我们还采访了成功安装了可再生能源的社区,以了解他们如何克服这些挑战和所学到的教训。值得注意的结果包括当地买入,教育和技术参与的重要性;采购外部资金来源;间社协作;安装定制系统;与可靠的设备供应商合作;并拥有当地的“项目冠军”。本报告的目标是通过提供有用的例子和联系点来实现和激发想要开始其可再生能源过渡的北极社区。
(a)节省能源或水的行动,表现出势能或节水,并促进能源效率,这将无法引起室内或室外浓度的显着变化。这些行动可能涉及对个人(例如建筑商,所有者,顾问,制造商和设计师),组织(例如公用事业)和政府(例如州,地方和部落)的财务和技术援助。涵盖的动作包括但不限于气候化(例如绝缘和更换门窗);降低恒温器设置;将计时器放置在热水热水器上;安装或更换节能照明,低流水管固定装置(例如水龙头,厕所和淋浴喷头),供暖,通风,空调系统以及电器;滴灌系统的安装;发电机效率和设备效率评级的提高;车辆和运输的效率提高(例如机队的更换);电源存储(例如飞轮和电池,通常不到10兆瓦);运输管理系统(例如交通信号控制系统,汽车导航,速度摄像头和自动板号识别);开发节能制造,工业或建筑实践;以及小规模的能源效率和保护研究与发展以及小规模的试点项目。涵盖的行动包括建筑物的翻新或新结构,只要它们发生在先前受到干扰或发达的地区。涵盖的行动可能涉及商业,住宅,农业,学术,机构或工业部门。涵盖的行动不包括规则制定,标准安排或拟议的DOE立法,除了本附录B5.1(b)中列出的那些行动。(b)涵盖的行动包括为消费产品和工业设备建立节能标准的规则制定,但前提是行动不会:(1)有可能导致制造基础设施的重大变化(例如,建造具有相当相关的地面干扰的新制造工厂); (2)涉及有关可用资源(例如稀有或有限原材料)的替代用途的重大未解决的冲突; (3)有可能导致处置材料的处置显着增加,这对人类健康和环境带来了重大风险(例如RCRA危险废物);或(4)有可能导致州或地区的能源消耗大幅增加。
