풍력 터빈이 수평이 아닌 수직인 이유는 무엇인가요?

수평축 풍력발전기와 수직축 풍력발전기의 차이점은 다음과 같은 측면에서 나타납니다.

1. 설계 방법

수평축 풍력발전기의 블레이드 설계는, 모멘텀-리프 요소 이론이 널리 사용되며 주요 방법으로는 Glauert 방법, Wilson 방법 등이 있습니다. 그러나 블레이드 요소 이론은 블레이드 요소 이론을 이용하여 블레이드를 설계할 때 각 블레이드 요소 사이의 유동 간섭을 무시함과 동시에 에어포일 저항을 무시하기 때문에 이러한 단순화는 필연적으로 결과의 부정확성을 초래한다. 블레이드 모양 디자인에 영향을 미치지만 풍차의 풍력 에너지 활용률에 더 큰 영향을 미칩니다. 동시에, 풍차의 블레이드 사이의 간섭도 매우 강하고 전체 흐름이 매우 복잡하므로 블레이드 요소 이론에만 의존하면 정확한 결과를 얻을 수 없습니다.

종래의 수직축 풍력발전기의 블레이드 설계는 수평축 설계 방식과 블레이드 요소 이론에 의존해 왔다. 수직축 풍력발전기의 유동은 수평축의 유동보다 더 복잡하기 때문에 전형적인 큰 박리 비정상 유동이며 블레이드 요소 이론을 이용한 해석 및 설계에 적합하지 않은 것 역시 수직축이 중요한 이유이다. 풍력발전기는 오랫동안 개발되지 않았습니다.

2. 풍력 에너지 활용률

대형 수평축 풍력 터빈의 풍력 에너지 활용률은 대부분 블레이드 설계자가 계산하며 일반적으로 40% 이상입니다. 앞서 언급한 바와 같이 설계방법 자체의 결함으로 인해 이러한 방식으로 계산된 풍력에너지 이용률의 정확성은 매우 의심스럽다. 물론, 풍력발전소의 풍력발전기는 측정된 풍속과 출력을 바탕으로 풍력 곡선을 그리게 되는데, 이때의 풍속은 풍차 뒤쪽에 있는 풍속계로 측정한 풍속보다 작습니다. 들어오는 풍속과 풍력보다 곡선이 너무 높아 수정해야 합니다. 보정방법을 적용하면 가로축의 풍력에너지 이용률이 30~50% 감소하게 된다. 소형 수평축 풍력 터빈의 풍력 에너지 활용률과 관련하여 중국 공기 역학 연구 개발 센터는 관련 풍동 실험을 수행했으며 측정된 활용률은 23%~29%입니다.

3. 구조적 특징

1회전 동안 수평축 풍력 터빈의 블레이드는 관성력과 중력의 결합된 영향을 받습니다. 언제든지 중력의 방향은 변하지 않으므로 블레이드는 교번 하중을 받게 되며 이는 블레이드의 피로 강도에 매우 해롭습니다. 또한, 수평축 발전기는 수십 미터의 고도에 배치되어 발전기의 설치, 유지보수 및 점검에 많은 불편을 초래한다.

수직축 풍력발전기의 블레이드는 수평축 풍력발전기의 블레이드보다 회전 중에 훨씬 더 큰 응력을 받습니다. 관성력과 중력의 방향이 항상 변하지 않기 때문에 일정한 하중을 받게 되므로 피로 수명은 입니다. 수평축 풍력 로터보다 길다. 동시에 수직축 발전기는 풍차 아래나 지면에 배치할 수 있어 설치 및 유지 관리가 쉽습니다.

4. 시작 풍속

수평축 풍력 터빈의 시동 성능이 좋다는 것은 상식입니다. 그러나 중국 공기 역학 연구 개발 센터의 작은 수평 축 바람에 대한 연구에 따르면. 풍동 실험에 따르면 시동 풍속은 일반적으로 4~5m/s이고 최대 풍속은 5.9m/s에 도달합니다. 수직축 풍력발전기의 시동 성능이 좋지 않다는 것은 업계의 상식이기도 하다. 특히 Darrieus형 Ф형 풍력발전기의 경우 자체 시동 능력이 전혀 없어 수직축 풍력발전기의 적용을 제한하는 이유이기도 하다. . 그러나 다리우스형 H형 풍차의 경우에는 반대의 결론이 나온다. 저자의 연구에 따르면 에어포일과 설치 각도를 적절하게 선택하면 상당히 좋은 시동 성능을 얻을 수 있으며 터널 실험으로 판단하면 이 Darrieus형 H형 풍력 로터의 시동 풍속은 2m/s만 필요합니다. 이는 위에서 언급한 수평축 풍력 터빈보다 낫습니다.