浓缩风能装置内部流场仿真计算分析

对浓缩风能装置模型Ⅰ所处流场进行仿真网格无关性分析,得出相关中心为fine,相关性为70时可以使计算相对误差最小,且计算时间消耗可以接受.采用仿真网格无关性分析结果对浓缩风能装置模型Ⅰ和模型Ⅱ进行流场仿真计算,并与车载实验结果进行对比分析,最终结果表明:两模型均可以浓缩风能,并能够提高风能的能流密度;采用网格无关性分析结果进行模拟计算,安装风轮截面处风速测量点风速模拟计算值与风速实际测量值的相对误差在5%、10%和20%以内的点所占百分比分别为41.67%、83.33%和91.67%,因此可以采用该结果对浓缩风能装置进行初步的定量分析,为浓缩风能装置中安装的叶轮之设计提供参考;采用该结果进行的模拟计算与车载试验均可得出模型Ⅱ优于模型Ⅰ的结论,因此该结果可以定性分析不同浓缩风能装置,以实现浓缩风能装置的结构优化.     

风动力屋顶排风机性能分析及实验研究

通过运动学分析和实验测试,对风动力屋顶排风机的能量转换机理和风能利用特性进行了研究.结果表明组成该装置的半月板式叶片在自然风作用下能够产生驱动力矩,带动排风机旋转,防止下切风产生逆压差影响自然排风.同时,当风速增加时,其排风能力有所增强,说明除了密度差导致的排风动力外,其本身也具有一定的排风能力.另外,对于低功率密度风能利用研究,给可再生能源的利用又提供了一个新的发展方向.     

基于尾流试验的风电场装机容量估算方法

结合对我国风电场装机容量的现状分析,指出风电场装机容量的确定受政策及主观因素影响较大,缺乏有效的技术手段支持。提出了一种装机容量估算的思路,即:以控制风电场平均尾流损失为目标,由风能资源决定风机排布,继而由风机排布来估算装机容量。为此,基于风机风能利用效率相近的特点,通过引入参考风机并进行尾流试验,给出了在不同风速下风电场风机的推荐排布方式,根据风机额定功率与直径平方的关系,得出了一定技术安装高度上单位面积区域内装机容量的估算方法。结合我国风能资源评估国家标准,给出了对应不同风功率密度等级的场址区域,其50 m高度上单位面积可装机容量的推荐值。提出的估算方法可为风电场建设前期进行装机规模的确定提供参考。     

风电场的风机设备选择及运行维护的优化

为评估风电场的风能资源及其利用情况,分析了风速分布、平均风速、风功率密度、风能有效利用时间与风电出力比率,综合判断该风电场的风能区域等级在"可利用区"与"次丰富区"之间,并得出了不适用于并网风力发电的结论;用容量系数讨论风能资源与风机的匹配情况,确定新型号风机Ⅲ对风能资源的有效利用率最高.通过建立风机维护计划的规划模型,给出了各组维修人员的排班方案,以保证风电场有较好经济效益的同时又能使维修人员的工作任务相对均衡.     

普陀区风能分析

利用沈家门30年风速资料及近几年建设的8个自动气象站风速资料,对普陀区的风能资源特征量进行计算分析.结果表明,普陀区属于风能资源丰富区,具有很高的开发价值.年平均风速3.9～6.7 m/s,风速分布自西向东逐渐增大.风速≥3 m/s的年有效风速时为5 568～7 708 h,风速≥6 m/s的年有效风速时为2 206～4 699 h.平均风能密度最大值达298.5W/m2,最小值为130.4 W/m2.风能随高度而明显增加,而50～70 m这层厚度上风能变化不大.并分析了4个最佳风能区风速和风向频率,可以极大提高风能的利用率.     

江南地区居住区架空层绿化探讨

居住区建筑架空层已为南方居住区的重要部分,对其合理设计将有助于提高居住环境、促进邻里关系良性发展。在分析江南地区居住区架空层特点、功能的基础上,从设计原则和植物配置方面对居住区架空层绿化进行探讨,并针对目前居住区架空层绿化中存在的问题提出了解决的方法。     

四平市风能资源评价及开发利用研究

为研究四平市风能资源情况,利用该市近十年风速风向资料,详细计算和分析各风能资源参数,对四平市风能资源进行评价,并结合四平市风力发电现状,提出本市风能资源利用出现的问题,结果表明:四平市主导风向是SSW,年有效风能密度76.8 w/m2、年有效时数2939 h.由此可见,四平市属于风能可利用区,具有一定开发利用价值,其主要利用形式是风力发电.     

风电场运行状况分析及优化问题研究

为评估风电场的风能资源及其利用情况,对已安装风机的功率曲线进行归一化拟合,找到风机典型参数与功率曲线的内在联系,得出新型号风机的理论功率曲线,对新型号风机是否比现有风机更有效利用风能资源作出明确判断;建立和求解0-1多目标优化模型,在满足停机维护要求和维修人员值连续工作时间限制等条件下,制定了维修人员的排班方案与风机维护计划,使各组维修人员的工作任务相对均衡且风电场具有较好的经济效益。     

不同季节乌鲁木齐风能资源潜能评估

为评估乌鲁木齐地区的风能资源,分析了风速概率分布、风能功率密度和风能等模型.利用威布尔分布分析了该地区典型气象年不同季节的平均风速、标准偏差、尺度参数、形状参数、最频繁风速、最优风速和风能可利用时间;分别利用对数正态分布、威布尔分布和瑞利分布对该地区不同季节的风速概率进行了分析;利用威布尔分布和瑞利分布分析了该地区不同季节的风能功率密度和风能.结果表明:乌鲁木齐地区典型气象年不同季节的平均风速、标准偏差、尺度参数、形状参数、最频繁风速、最优风速和风能可利用时间的最大值都发生在冬天,除了形状参数外的其它参数的大小顺序依次发生在秋天、春天和夏天;该地区不同季节的风速威布尔分布形状介于对数正态分布和瑞利分布之间;威布尔分布算出的风能功率密度和风能略大于瑞利分布算出的值;这两种分布模型算出的冬天风能功率密度和风能都最大,其次是秋天的,再次是春天的,夏天的风能功率密度和风能都最小.     

太阳能小屋的设计与优化

根据2012高教社杯全国大学生数学建模竞赛B题给出的附件数据信息,研究了太阳能小屋的设计问题.在选择架空方式在屋顶安装光伏电池时,通过建立关于倾斜面上辐射量与倾斜角之间的数学模型,在问题1的基础上,利用VC++6.0计算出太阳高度角和倾斜角,给出光伏电池的最佳倾角,选出光伏电池的最优铺设方式,并计算了小屋光伏电池35年寿命期内的发电总量、经济效益及投资的回收年限.     

含风电的电力系统动态频率分析

研究了风电接入某实际电力系统对系统动态频率产生的影响。通过建立直驱式永磁同步风电机组动态模型和含风电的实际电力系统模型,对含风电的电力系统动态频率进行了仿真分析。研究了风速扰动对系统动态频率的影响、风电渗透率上升对系统频率调节能力的影响以及风机脱网故障对系统动态频率的影响。在风机增加了基于虚拟惯性的频率控制系统,研究了具有调频系统的风电机组对系统动态频率的影响。研究结果表明大规模风电场的风速扰动将导致系统频率出现显著波动;随着系统风电渗透率的增加,系统的调频能力将明显下降;风电场在故障下的风机脱网事故将对系统动态频率造成严重影响。增加频率控制系统使风电机组具备了一定的调频能力,有效地抑制了扰动情况下的系统频率波动。     

一种新型风力发电机的设计

为了解决无线传感器网络节点的供电瓶颈问题,提出了一种通过新型风力发电机将风能转化为电能对无线传感器网络节点提供能源的方法。在该新型风力发电机中风扇作为发电机的一部分,将风扇和发电机一体化,减小了整个发电装置的体积。同时设计了电源管理电路,将新型风力发电机发出的交流电转换为直流电,对锂电池充电和通过电阻对锂电池的输出进行分压并提供给无线传感器网络节点。最终的分析和计算结果显示新型风力发电机和电源管理电路能够实现对无线传感器网络节点提供能源的目标。     

储能技术在风电并网中的应用研究进展

简要介绍了储能技术的分类与应用范围,指出了大规模风电并网面临的主要问题.针对风电并网带来的系统稳定性、风电机组的低电压穿越、风电穿透功率、电能质量及系统运行经济性等方面的问题,详细阐述了基于储能技术的解决方案,并分析了各方案的优缺点.基于已有的研究成果,结合储能技术的特点,提出了储能技术在风电并网中应用的原则意见.     

双馈感应发电机调速风力机

研究了低成本宽范围双馈感应电机调速风力机，根据数学模型导出矢量控制系统，讨论了三种四象限功率变换器，该风力机在低风速时桨距角不变，保持最佳叶尖速比以获得最大风能；在高风速时储存或释放部分能量，桨距角仅完成限制最大输出功率，减少机械应力，风能储存在风力机机械惯性中，减少力矩冲击。     

架空碟形空间结构风场数值模拟和抗风优化

基于计算流体动力学方法,利用FLUENT软件对架空碟形空间结构的风场绕流特性和表面风压分布进行数值模拟,获得不同风向角下结构风压分布,分析了支撑柱高度、上碟面和下碟面矢跨比对风载体型系数分布和结构风致整体合力的影响.结果表明,支撑柱高度的选择既要有利于空气泄流,又要防止因高度过高引起风致整体合力的增大.研究发现,随着上下碟面矢跨比增加,迎风面正风压显著增大,背风面涡旋作用更加明显,结构风致整体合力呈增大趋势,碟面扁平化可明显改善结构抗风特性.给出的架空碟形空间结构抗风优化建议,可为该类结构抗风设计提供参考.     

风力发电机组暂态模型和稳定性分析方法评价

在分析并网笼型异步发电机暂态稳定性机理的基础上,分别建立了考虑定子电磁暂态的详细模型和忽略定子电磁暂态的简化模型,以及1个和2个等效质量块的风力机轴系模型。针对上述4种不同组合的风力发电机组模型,利用Matlab/Simulink对定子3相短路故障情况下的机组暂态行为进行了仿真比较。在此基础上,利用一种计算异步发电机临界故障切除转速的传统直接法对临界切除时间进行了估算,并与时域仿真法进行了比较分析。结果表明,风力机轴系不同质量块模型对机组暂态稳定性分析的结果影响很大,采用临界切除转速的传统直接法难于正确估算临界切除时间。     

双馈风电机组总体控制策略及运行性能

为了全面准确分析并网风力发电机组实时运行特性,有必要对风电机组总体控制策略及其运行性能进行研究。针对双馈风力发电机组类型,建立了风力机、传动链和双馈发电机的数学模型。从风能最大利用和风机安全运行角度,提出了考虑电机损耗最小的风电机组最大功率输出控制策略,以及考虑转速和功率限制的变桨控制策略。结合双馈发电机功率解耦控制策略对风电机组的总体运行性能进行了仿真。通过仿真、理论分析以及实际风电机组运行数据的比较,结果表明所建立的双馈风电机组数学模型和总体控制策略是有效的。     

单山和双山风场特征的CFD数值模拟

采用CFD模拟方法研究单山和双山情况下三维山丘风场,研究计算模型表面粗糙度对风场的影响,计算不同坡度山体情况下单山的风场,进行两个山体左右排列情况的风场计算,分析坡度、风向角、间距对双山风场的影响.研究表明:山体的计算模型表面粗糙度增大时,山顶上方半山高度的加速效应减弱,山后尾流区的高度增加;山体横风切面的加速效应大于顺风切面,横风切面内半山以上的位置均为风速最大值区域;左右双山紧贴排列情况下,风斜吹时前山山顶的加速比大于后山山顶,风直吹的数据在两者中间.     

大型集装箱船拖曳水池敞开式风场中风阻试验与数值计算

就拖曳水池开展了风场研究,对敞开式风场风阻试验进行了可行性验证.在此基础上,对一缩尺比为1.0∶87.5的3 100箱集装箱船模进行了风阻测试与集装箱布置优化分析,结合一系列布置方案试验结果以及计算流体力学CFD数值模拟计算,讨论了集装箱布置对船舶风阻的影响.结果表明:敞开式风场中风阻试验是一种简单有效的新式测量方法;试验结果与CFD及ITTC推荐公式进行了交叉验证,具有一定可靠性,CFD在精度与细节模拟上效果更佳;布置优化可以有效减少大型集装箱船风阻.