PLAN RESULTS

06 Jun - 2019
  • 新世代創新教學深耕計畫
  • 【D0101】U+P教學力社群-「再生能源應用」教學社群-第二次社群活動
  • 活動時間:2019.06.06 11:20-13:30
  • 活動地點:吳鳳科技大學花明樓TB706教室
  • 主辦單位:電機系
  • 主講人員:張宗福老師

風車葉片有多種不同的翼面形狀,通常風車的葉片斷面可以區分為(1)平板型;(2)對稱翼型(3)有弧面的翼型。對於流經風車葉片表面的氣流,當經過葉片時,會產生引起風車葉片性能的升力與抗力,就如同飛機翼面受力。而風力發電機的葉片大多數使用具有弧形的翼面,主要是因流經葉片所產生的流場外型,可以減少葉片所受氣動阻力之影響而衍生出均勻流場現象。這使得作用在葉片上緣的壓力下降,而抑制了仰角度的持續上升,這是為了避免葉片發生失速的狀態,而使得葉片升力減少,進而確保葉片獲得穩定的運轉狀態,同樣飛機翼面也是基於這樣的觀念來設計而成的,原因是避免機翼面產生失速的情況,因為當失速狀態發生時,翼面的升力係數會大幅度減少,而使得翼面的阻力增加。

1葉片的翼面比率

關於葉片翼面比率的設計,首先需要決定葉片的翼面形狀,再依據葉片的翼面比率劃分出各段。再來,我們以翼面來說明對應於翼面各分段之高度。如要完成完整的葉片翼面,可以將各區段翼面隨著不同的位置,即在距離中心軸上做大小不同的調整,它是採用比例方式調整各翼面區段大小,而距離中心軸最近的翼面為最大,隨著距離越遠,翼面跟著越來越小,到最外側變成最小翼面,但每個翼面高度與長度成等比率的關係。

2 葉片角度

葉片的運動方向與風的方向呈現90度垂直狀態,弦線長取在翼面中心線位置上,而葉片角度是藉於葉片旋轉面與弦長線兩者角度。另一方面相對風的方向與風的方向兩者之間形成約45度關係,在這兩者中間所形成的角度,就是所謂的迎角。當迎角過大會發生所謂的失速狀態。

3 葉片數量

目前運轉中的大型風力發電機的葉片數,大多數為三個葉片設計,但是汲取水力的荷蘭風車之葉片數卻多達六片以上。當葉片數量多時,可以對風能攝取更多的能量,但隨著葉片增加,風能利用係數Cp則會上升,然而卻不是與葉片的數量成正比增加,因為各葉片之間會產生所謂的擾流現象,風阻與重量也隨著葉片數目增加,並且需要考量到風力發電機整體結構強度,及考慮增加葉片需要更多的成本等等因素。因此,目前大型風力發電機之風車葉片數則是以三葉片數作為最佳的考量數目。然而,對於小型風力發電機來說,卻沒有這個困擾,反而因為葉片數量多可以提供更大的轉矩,如汲取水力的荷蘭風車,其風車葉片數量多,目的則是提供更大的運轉轉矩。