多转子风力发电机初现优势

周华

图1 在试验中的四叶轮风力发电机

风力发电是获取清洁能源的主要形式之一。为了降低风力发电的成本，在过去的几十年里风力发电机的直径被设计的越来越大，目的在于尽量减少塔架的建设成本，同时增加风机叶轮的扫掠面积。叶轮尺寸的不断加大带来加工、运输、安装和维护等方面的种种问题，同时从流体力学的角度看，高大叶轮产生的湍流尾迹影响也很大，这将降低大型风力发电场的总发电量。

最近丹Aarhus大学和英国Durham大学的研究人员利用CFD数值模拟技术对多叶轮风力发电机的风场进行了模拟，结果表明多叶轮风机尾迹湍流耗散的更快，因此风力发电场中各风机之间的不利影响更小，表明多叶轮风力发电比传统的单叶轮风机设计更有优势。

多叶轮风力发电机设计是在一个塔架上安装多个叶轮。在扫掠面积相同的情况下，多叶轮风力发电机的叶片远小于单叶轮风机叶片，因此可以避免大型风机叶片在建造、维护、运输、安装等方面的问题。同时多叶轮风力发电机的单个叶轮的尺度小，其尾迹长度也必然比尺寸大得多的单叶轮风机短，因而在理论上就比单叶轮风机间的干扰作用小。根据一个带4个叶轮的风机计算，其建造成本将比单叶轮风机降低15%，同时在叶轮意外停机时，其它叶轮仍然可以维持旋转，所以多叶轮风机初现故障后对总体发电水平的影响也要小的多。

众所周知，风力发电机的发电功率等于叶片产生的扭矩与转动角速度的乘积，扭矩大小则与力臂长度相关，多叶轮设计中每个叶轮的尺度减小导致力臂减小，因此其中就存在究竟采用多少个叶轮才能得到最后结果的问题。在对多种方案进行对比后，Aarhus大学的研究结果表明，4叶轮风力发电机的表现最佳。

（本站综合网络消息）

lcw

好文。记得有篇文章，讲的是管道内用三个风扇叶轮把湍流调制成层流，减少能耗，多叶轮风力机是不是跟这个道理差不多？

周华

lcw 发表于 2019-10-26 09:11
好文。记得有篇文章，讲的是管道内用三个风扇叶轮把湍流调制成层流，减少能耗，多叶轮风力机是不是跟这个道 ...

主要目标是相同的，但手段不一样。多叶轮风机主要是减小了叶轮特征长度，同时就缩短了尾迹长度，这样风机间的干扰就降低了，于是整个风电场的效率就提高了。另外还能带来结构、运输等方面的好处，毕竟100多米长的叶片怎么运到风电场都是个难题。不过多叶轮可能存在的问题就是从单独一台风机来说，如果扫掠面积不变，总的发电量应该小于单叶轮风机。后面这点是瞎猜，也可能人家有高招解决了这个问题。