Investigation of optimum arrangement of small-vertical-axis-wind-turbine clusters with interaction between the pairs and trios of turbines

小型垂直轴风力发电机组优化布置的研究

• 批准号: 22K12456
• 负责人: 上代 良文
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kagawa National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K12456/
• 关键词: 再エネポテンシャルの有効利用; 風車クラスターの最適配置; 垂直軸風車; 風洞実験; 小形垂直軸風車; 風車クラスター; 最適配置; ウインドファーム; 風車出力

再エネポテンシャルの有効利用が重要なキーワードとなっている。その一形態として、一基当りの発電量が大きい大形洋上風力発電の促進が国の喫緊の戦略課題になっている。本研究では、近年主流の逆回転風車を利用した近接配置ではなく、同方向回転風車を含む風車ペア・風車トリオから成る風車クラスターについて、後流の偏向を加味した密集配置の仕方による総出力の違いを系統的に探索する。3Dプリンタで出力され、表面仕上げ加工が施された模型風車（直径D = 50 mm, 高さH = 43.4 mm, 3枚翼）を風洞実験対象とする。初年度は風車回転数と風車出力の実測値の関係式に基づき、12台の回転計（小野測器製HT-5500）で得られる各風車回転数を、3台のA/Dコンバータ（タートル工業製TUB-0412ADSM-S2Z）を介してPC上で風車出力に自動換算し、風車クラスターの総出力をリアルタイムで49インチモニターに表示しながら、風車取付けの微調整を行うシステムを構築した。また、4組の風車ペアから成る合計8基の風車クラスター（Vertical-Axis Wind Turbine cluster: VAWTc）を実験対象とし、回転ステージ上でVAWTcの向きを12方向に変更し、かつgap/Dの値を0.1から2まで変更できるような直動ステージを設置した。これにより、基準風向（アジマスθ = 0°）における前列風車4基の真後ろに後列風車4基を並べる市松配置（基準配置）と前列風車4基の中心線の真後ろに後列の片方の風車ペアの中心が来る千鳥配置（比較配置）の二種類の実験準備が整った。

有效利用可再生能源潜力已成为一个重要关键词。作为其中的一种形式，推广单机发电量大的大型海上风电已成为国家紧迫的战略问题。在本研究中，我们没有采用近年来主流的反向旋转风力发电机组的紧密排列方式，而是研究了由风力发电机组和风力发电机组组成的风力发电机组的总输出，其中包括同向旋转风力发电机组，通过密集排列它们并考虑尾流偏转来系统地探索差异。使用3D打印机打印并经过表面处理的风力涡轮机模型（直径D = 50毫米，高度H = 43.4毫米，3个叶片）将作为风洞实验的对象。第一年，根据风力机转速与风力机输出测量值之间的关系式，使用3个A/ D 转换器（海龟）。我们构建了一个系统，通过2ADSM-S2Z将风机输出自动转换为PC上的风机输出，并在49英寸显示器上实时显示风机集群的总输出，同时对风机组的输出进行微调。风力涡轮机安装。此外，以总共8个由4对风力涡轮机组成的风力涡轮机集群（Vertical-Axis Wind Turbine Clusters：VAWTc）作为实验对象，并在旋转台上沿12个方向改变VAWTc的方向，并且间隙/D值为安装了线性运动平台，可以将该值从0.1更改为2。从而形成棋盘布置（标准布置），即标准风向（方位角θ = 0°）上四台后风机直接排列在四台前风机后面，后排一对风机直接放置在四个前置风力涡轮机的中心线后面，两种类型的实验，即中心所在的交错布置（对比布置）。

项目成果

Wind Tunnel Experiments on Interaction between Three Vertical-Axis Wind Turbines Arranged in Tandem

三台垂直轴风力发电机串联相互作用的风洞实验

• 发表时间: 2022
• 作者: Y Jodai; Y. Hara
• 通讯作者: Y. Hara