风力机

  为了满足可替代能源发展的需求,风力机的装配数量在过去的十年间显著增长。在过去的十年间,全世界的总装机容量以每年接近28%的速度增长。全球风力发电委员会期望总装机容量以每年接近21%增长,到2014年底达到400GW。发展风力机对清洁能源生产来说是一个令人兴奋的机会。
 

风力发电机的速度矢量图

Courtesy TUV Nord e.V.

 

  大部分风力机能源生产都来自大型机,陆上2MW到3MW风力机。风力机是一个巨大的涡轮机,带有长度约为50米叶片。对于如此巨大的尺寸,工程模拟显得很重要也很有挑战性。与原物大小一样的物理实验是一件很费时费力也很昂贵的事。同时试验中出现的问题的代价也是非常高的。

  ANSYS提供了一个高保真并且具有宽广范围的计算工具,使设计者能切实的改善风力机设计的方方面面。

  风力机设计受一系列物理现象和市场需求共同的影响:

  • 风力机的空气动力学研究包括变化的风速和风向,对于设计者来说有必要了解风机安装位置和叶片边界的空气的流动情况以及转轮和塔筒之间的非稳态的相互作用。
  • 转子必须重量轻、强度大、柔韧度好,这意味着需要先进的工程材料。
  • 主轴和齿轮箱受到较大的载荷,而操作员要求可信、低廉、可预测的维修费用。
  • 工厂要求即使在低风速下也能达到较高的发电效率。电器控制系统必须能在所有的运行工况下都能够安全的控制风力机的运行。
  • 所有的机械部件都能满足可靠性和耐久性的要求。同时,各部件必须足够轻,因为它们总是安装在距地面100米的高度。
  • 在社区和政府附近,要求低噪音和尽量小的环境影响。

  虽然大型风力机提供了现在的绝大部分装机容量,但是小型风力机的应用也以快速的步伐发展。有时候在很偏僻区域,这些机型形成了独立的和分布式的发电格局。工程上的挑战——和使用ANSYS软件所提供广博技术所获得的益处——和大型工业装配一样。