专利名称：低风速地区风力发电叶片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力发电系统叶片，尤其是涉及一种低风速地区风力发电叶片， 属于风力发电系统技术领域。
背景技术：
陆地风能资源区域，以年平均风功率密度为指标，可划分为4个区，即风能资源丰 富区、风能资源较丰富区、风能资源可利用区、风能资源贫乏区。以中国为例，陆地风能资 源分区及占全国国土面积的百分比见表1。中国陆地风能资源可利用的区域占国土面积约 76%。表1为中国陆地风能资源分区及占全国国土面积的百分比。表 1 目前规模化的风能开发利用源丰富的高风速区，即集中在三北地区和东南沿海，这部分地区仅占国土面积的8% ；而风能资源较丰富区和风能资源可利用区， 属年均风速> 3. 5m/s小时数为2000 5000小时的低风速区，风能资源没有得到有效开发 利用。为实现低风速地区风能资源的有效利用，必须有适用的低额定风速风力发电机。 现有风力发电技术在低风速地区的应用存在如下局限(1)额定风速高，一般在8 12m/s间。低风速地区，尤其是风能资源可利用区，年 平均风速一般处于蒲氏3级(3. 4m/s 5. 4m/s)或略高，高额定风速风力发电机不适用。(2)中、小功率(50kW及以下功率)风力发电机，一般都采用直驱方式。低风速地 区使用，因风机转速较低(80rpm以下)，采用常规高额定转速(150rpm及以上)发电机难以 满足匹配要求，而配置低额定转速发电机，又存在体积、重量大，费用高的问题。(3)直驱型风电机，当叶轮直径过大，如超过10米时，偶发性大风下转速大，叶轮 的安全隐患过大。(4)现有风力发电机叶片翼型，最佳风能利用系数的风速区段一般为8 12m/s 间，低风速条件下，尤其是低于6m/s风速区段时，风能利用系数较差，难以满足低风速条件 下俘获风能最大化。(5)常规中、小功率风电机一般采用永磁同步发电机，因齿槽效应的作用，发电机 在起动或运转时，会产生较大的起动转矩，且电磁转矩产生脉动。同时铁芯的应用使得发电 机重量增大、铁芯损耗的存在又使损耗增大。综上所述，常规高额定风速风力发电机不适用于风能资源较丰富区和风能资源可 利用区，针对低风速地区，需研制开发适用的低额定转速、高效、经济可靠的风力发电系统， 以实现低风速环境下的高效、可靠风电功率转换。作为目前风能利用的缺口及风能利用局限的完善和补充，研制并推广低额定风速 风力发电具有广泛的经济和社会价值。对于低风速地区的发电系统风叶需要进行专门的设计，如果额定风速太高，机组 额定功率运行时间数减少，传动系统和发电机成本较高，提高了能量成本，如果额定风速太 低，叶轮及其支撑的成本相对于风电量过高。
发明内容发明所要解决技术问题是提供一种适用于低风速地区的经济可靠的风力发电系 统叶片。为解决上述技术问题，本实用新型提供一种低风速地区风力发电叶片，包括叶根 和叶尖，其特征在于所述叶片叶根处为S823翼型，叶尖处为S822翼型，叶尖处设置有削尖 过渡段。叶片在叶尖速比为5 8时，叶片的风能利用最佳，最大风能利用系数为0. 46。前述的低风速地区风力发电叶片，其特征在于叶片沿叶高方向，S823翼型与 S822翼型所占比例相等，中间段两种翼型采用等比例过渡，叶片中间段往叶根处，S823比 例逐渐增大、S822比例逐渐减小；中间段往叶尖处，S823比例逐渐减小、S822比例逐渐增 大；在叶尖处设置有IOOmm削尖过渡段本实用新型所达到的有益效果本实用新型的风力发电叶片，由于采用S823和S822结合的翼型设计，适宜在年平均风速4m/s 6m/s的低风速地区使用，适用于风轮直径10 20米、风力发电额定功率在 IOkff 50kW间的风力发电机。叶片在叶尖速比为5 8时，叶片的风能利用最佳，最大风 能利用系数为0. 46。可保证风力发电机在低风速环境下实现最大风能吸收，输出功率最佳， 同时保证偶发性大风状况下的安全。
图1为风力发电系统结构示意图；图2为翼型示意图，其中(a)为S822翼型示意图；(b)为S823翼型示意图；图3为本实用新型设计的叶片示意；图4为本实用新型设计的叶片叶尖局部视图；图5为三叶片组成的风轮的叶根局部放大视图；图6为6米叶片弦长与半径关系，其它叶片与6米叶片长度方向等比例；图7为6米叶片扭角与半径关系，其它叶片与6米叶片长度方向等比例；图8为叶片尖速比与风能利用系数关系。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。图1为风力发电系统结构示意图。风力发电系统包括风叶(叶片1和轮毂2)、刹 车机构3、增速机构4、发电机5、偏航机构6、结构支撑梁7、底板8、混凝土杆塔9等构成。所 述叶片叶根处为S823翼型，叶尖处为S822。在叶尖处设置有IOOmm削尖过渡段。为设计适用于低风速环境的风电机叶片，构建了叶片优化设计平台，该平台由四 个功能模块组成①遗传算法数值最优化模块；②风轮性能计算模块；③叶片扭角和弦长 参数化模块；④目标函数设置模块。根据设计要求，设计风速取6m/s、风轮半径取6m、9m或其他长度，风轮叶片数为3， 设计目标为风轮输出功率最大，应用叶片优化设计平台，得到叶片三维造型，然后采用计算 机数值仿真得出风力机运行风速范围内，风轮输出功率与风轮转速及风速的关系曲线，为 负载(发电机和并网逆变电源组合)与风轮在设计风速和非设计风速下全工况匹配提供依 据。为进一步提高风力机输出功率、并且减小叶尖涡产生的噪声，在叶尖处增加IOOmm 削尖过渡段。本实用新型的保护范围不限于具体实施方式
中的保护范围，对具体实施方式
所做 出的不需创造性劳动的变形都属于本实用新型的保护范围。
权利要求一种低风速地区风力发电叶片，包括叶根和叶尖，其特征在于所述叶片叶根处为S823翼型，叶尖处为S822翼型叶尖处设置有削尖过渡段。
2.根据权利要求1所述的低风速地区风力发电叶片，其特征在于叶片沿叶高方向， S823翼型与S822翼型所占比例相等，中间段两种翼型为等比例过渡，叶片中间段往叶根 处，S823比例逐渐增大、S822比例逐渐减小；中间段往叶尖处，S823比例逐渐减小、S822比 例逐渐增大；所述在叶尖处的削尖过渡段为100mm。
专利摘要本实用新型公开了一种适用于低风速地区的风力发电叶片，其特征在于所述叶片叶根处为S823翼型，叶尖处为S822翼型，叶尖处设置削尖过渡段。本实用新型的风力发电叶片，适宜在年平均风速4m/s～6m/s的低风速地区使用，适用于风轮直径10～20米、风力发电额定功率在10kW～50kW间的风力发电机。因采用S823和S822翼型的结合，可保证风力发电机在低风速环境下实现最大风能吸收，输出功率最佳，同时保证偶发性大风状况下的安全。
文档编号F03D11/00GK201621016SQ20102012482
公开日2010年11月3日 申请日期2010年3月8日 优先权日2010年3月8日
发明者徐洪, 李群, 殷明慧, 江林, 蒯狄正 申请人:江苏省电力试验研究院有限公司