專利名稱：低風速地區(qū)風力發(fā)電葉片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電系統(tǒng)葉片，尤其是涉及一種低風速地區(qū)風力發(fā)電葉片， 屬于風力發(fā)電系統(tǒng)技術領域。
背景技術：
陸地風能資源區(qū)域，以年平均風功率密度為指標，可劃分為4個區(qū)，即風能資源豐 富區(qū)、風能資源較豐富區(qū)、風能資源可利用區(qū)、風能資源貧乏區(qū)。以中國為例，陸地風能資 源分區(qū)及占全國國土面積的百分比見表1。中國陸地風能資源可利用的區(qū)域占國土面積約 76%。表1為中國陸地風能資源分區(qū)及占全國國土面積的百分比。表 1 目前規(guī)?；娘L能開發(fā)利用源豐富的高風速區(qū)，即集中在三北地區(qū)和東南沿海，這部分地區(qū)僅占國土面積的8% ；而風能資源較豐富區(qū)和風能資源可利用區(qū)， 屬年均風速> 3. 5m/s小時數(shù)為2000 5000小時的低風速區(qū)，風能資源沒有得到有效開發(fā) 利用。為實現(xiàn)低風速地區(qū)風能資源的有效利用，必須有適用的低額定風速風力發(fā)電機。 現(xiàn)有風力發(fā)電技術在低風速地區(qū)的應用存在如下局限(1)額定風速高，一般在8 12m/s間。低風速地區(qū)，尤其是風能資源可利用區(qū)，年 平均風速一般處于蒲氏3級(3. 4m/s 5. 4m/s)或略高，高額定風速風力發(fā)電機不適用。(2)中、小功率(50kW及以下功率)風力發(fā)電機，一般都采用直驅(qū)方式。低風速地 區(qū)使用，因風機轉(zhuǎn)速較低(80rpm以下)，采用常規(guī)高額定轉(zhuǎn)速(150rpm及以上)發(fā)電機難以 滿足匹配要求，而配置低額定轉(zhuǎn)速發(fā)電機，又存在體積、重量大，費用高的問題。(3)直驅(qū)型風電機，當葉輪直徑過大，如超過10米時，偶發(fā)性大風下轉(zhuǎn)速大，葉輪 的安全隱患過大。(4)現(xiàn)有風力發(fā)電機葉片翼型，最佳風能利用系數(shù)的風速區(qū)段一般為8 12m/s 間，低風速條件下，尤其是低于6m/s風速區(qū)段時，風能利用系數(shù)較差，難以滿足低風速條件 下俘獲風能最大化。(5)常規(guī)中、小功率風電機一般采用永磁同步發(fā)電機，因齒槽效應的作用，發(fā)電機 在起動或運轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生較大的起動轉(zhuǎn)矩，且電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生脈動。同時鐵芯的應用使得發(fā)電 機重量增大、鐵芯損耗的存在又使損耗增大。綜上所述，常規(guī)高額定風速風力發(fā)電機不適用于風能資源較豐富區(qū)和風能資源可 利用區(qū)，針對低風速地區(qū)，需研制開發(fā)適用的低額定轉(zhuǎn)速、高效、經(jīng)濟可靠的風力發(fā)電系統(tǒng)， 以實現(xiàn)低風速環(huán)境下的高效、可靠風電功率轉(zhuǎn)換。作為目前風能利用的缺口及風能利用局限的完善和補充，研制并推廣低額定風速 風力發(fā)電具有廣泛的經(jīng)濟和社會價值。對于低風速地區(qū)的發(fā)電系統(tǒng)風葉需要進行專門的設計，如果額定風速太高，機組 額定功率運行時間數(shù)減少，傳動系統(tǒng)和發(fā)電機成本較高，提高了能量成本，如果額定風速太 低，葉輪及其支撐的成本相對于風電量過高。
發(fā)明內(nèi)容發(fā)明所要解決技術問題是提供一種適用于低風速地區(qū)的經(jīng)濟可靠的風力發(fā)電系 統(tǒng)葉片。為解決上述技術問題，本實用新型提供一種低風速地區(qū)風力發(fā)電葉片，包括葉根 和葉尖，其特征在于所述葉片葉根處為S823翼型，葉尖處為S822翼型，葉尖處設置有削尖 過渡段。葉片在葉尖速比為5 8時，葉片的風能利用最佳，最大風能利用系數(shù)為0. 46。前述的低風速地區(qū)風力發(fā)電葉片，其特征在于葉片沿葉高方向，S823翼型與 S822翼型所占比例相等，中間段兩種翼型采用等比例過渡，葉片中間段往葉根處，S823比 例逐漸增大、S822比例逐漸減??；中間段往葉尖處，S823比例逐漸減小、S822比例逐漸增 大；在葉尖處設置有IOOmm削尖過渡段本實用新型所達到的有益效果本實用新型的風力發(fā)電葉片，由于采用S823和S822結合的翼型設計，適宜在年平均風速4m/s 6m/s的低風速地區(qū)使用，適用于風輪直徑10 20米、風力發(fā)電額定功率在 IOkff 50kW間的風力發(fā)電機。葉片在葉尖速比為5 8時，葉片的風能利用最佳，最大風 能利用系數(shù)為0. 46?？杀ＷC風力發(fā)電機在低風速環(huán)境下實現(xiàn)最大風能吸收，輸出功率最佳， 同時保證偶發(fā)性大風狀況下的安全。

圖1為風力發(fā)電系統(tǒng)結構示意圖；圖2為翼型示意圖，其中(a)為S822翼型示意圖；(b)為S823翼型示意圖；圖3為本實用新型設計的葉片示意；圖4為本實用新型設計的葉片葉尖局部視圖；圖5為三葉片組成的風輪的葉根局部放大視圖；圖6為6米葉片弦長與半徑關系，其它葉片與6米葉片長度方向等比例；圖7為6米葉片扭角與半徑關系，其它葉片與6米葉片長度方向等比例；圖8為葉片尖速比與風能利用系數(shù)關系。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步的說明。圖1為風力發(fā)電系統(tǒng)結構示意圖。風力發(fā)電系統(tǒng)包括風葉(葉片1和輪轂2)、剎 車機構3、增速機構4、發(fā)電機5、偏航機構6、結構支撐梁7、底板8、混凝土桿塔9等構成。所 述葉片葉根處為S823翼型，葉尖處為S822。在葉尖處設置有IOOmm削尖過渡段。為設計適用于低風速環(huán)境的風電機葉片，構建了葉片優(yōu)化設計平臺，該平臺由四 個功能模塊組成①遺傳算法數(shù)值最優(yōu)化模塊；②風輪性能計算模塊；③葉片扭角和弦長 參數(shù)化模塊；④目標函數(shù)設置模塊。根據(jù)設計要求，設計風速取6m/s、風輪半徑取6m、9m或其他長度，風輪葉片數(shù)為3， 設計目標為風輪輸出功率最大，應用葉片優(yōu)化設計平臺，得到葉片三維造型，然后采用計算 機數(shù)值仿真得出風力機運行風速范圍內(nèi)，風輪輸出功率與風輪轉(zhuǎn)速及風速的關系曲線，為 負載(發(fā)電機和并網(wǎng)逆變電源組合)與風輪在設計風速和非設計風速下全工況匹配提供依 據(jù)。為進一步提高風力機輸出功率、并且減小葉尖渦產(chǎn)生的噪聲，在葉尖處增加IOOmm 削尖過渡段。本實用新型的保護范圍不限于具體實施方式
中的保護范圍，對具體實施方式
所做 出的不需創(chuàng)造性勞動的變形都屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求一種低風速地區(qū)風力發(fā)電葉片，包括葉根和葉尖，其特征在于所述葉片葉根處為S823翼型，葉尖處為S822翼型葉尖處設置有削尖過渡段。
2.根據(jù)權利要求1所述的低風速地區(qū)風力發(fā)電葉片，其特征在于葉片沿葉高方向， S823翼型與S822翼型所占比例相等，中間段兩種翼型為等比例過渡，葉片中間段往葉根 處，S823比例逐漸增大、S822比例逐漸減??；中間段往葉尖處，S823比例逐漸減小、S822比 例逐漸增大；所述在葉尖處的削尖過渡段為100mm。
專利摘要本實用新型公開了一種適用于低風速地區(qū)的風力發(fā)電葉片，其特征在于所述葉片葉根處為S823翼型，葉尖處為S822翼型，葉尖處設置削尖過渡段。本實用新型的風力發(fā)電葉片，適宜在年平均風速4m/s～6m/s的低風速地區(qū)使用，適用于風輪直徑10～20米、風力發(fā)電額定功率在10kW～50kW間的風力發(fā)電機。因采用S823和S822翼型的結合，可保證風力發(fā)電機在低風速環(huán)境下實現(xiàn)最大風能吸收，輸出功率最佳，同時保證偶發(fā)性大風狀況下的安全。
文檔編號F03D11/00GK201621016SQ20102012482
公開日2010年11月3日 申請日期2010年3月8日 優(yōu)先權日2010年3月8日
發(fā)明者徐洪, 李群, 殷明慧, 江林, 蒯狄正 申請人:江蘇省電力試驗研究院有限公司