Effects of aeroelastic tailoring on performance characteristics of wind turbine systems
Effects of aeroelastic tailoring on performance characteristics of wind turbine systems
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气动弹性剪裁对风力涡轮机系统性能特性的影响
DOI：
10.1016/j.renene.2017.06.048
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发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
8.7
通讯作者：
Scott S
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Scott S
制造更大、更耐用的风力涡轮机转子的努力带来了一些有趣的挑战。其基本原理是，在目前的设计中，理论上所产生的功率与叶片长度的平方成正比，然而，理论质量却呈三次增长。气动弹性定制旨在通过提供增强的能量捕获和系统耐用性来提高功率捕获与质量之间的比率。因此，本文考虑了两个自适应、气动弹性定制的风力机叶片的设计和全系统分析。一种利用材料弯曲-扭转耦合，而另一种结合了材料和几何弯曲-扭转耦合。每种结构设计都满足预定义的耦合分布，该分布与基线叶片的刚度基本匹配。从发电、减轻负荷和变桨距系统考虑方面对风力发电系统的性能特性进行了评估和比较。带有两个联轴器的叶片显示出潜在的能量产量增加的空间。此外，国际电工委员会规定的疲劳和极端操作阵风分析的自适应叶片证明了有益的襟翼载荷减轻。最后，自适应叶片表现出功率平滑能力和螺距速率的降低，然而，叶片根部扭矩的增加可能与这些螺距系统的优点形成对比。
Some interesting challenges arise from the drive to build larger, more durable wind turbine rotors. The rationale is that, with current designs, the power generated is theoretically proportional to the square of the blade length, however, theoretical mass increases cubically. Aeroelastic tailoring aims to improve the ratio between increased power capture and mass by offering enhanced combined energy capture and system durability. As such, the design and full system analysis of two adaptive, aeroelastically tailored wind turbine blades is considered herein. One makes use of material bend-twist coupling, whilst the other combines both material and geometric bend-twist coupling. Each structural design meets a predefined coupling distribution, that approximately matches the stiffness of a baseline blade.The performance characteristics of the wind turbine systems are assessed and compared in terms of power production, load alleviation and pitch system considerations. The blade with both couplings displays scope for potential increases in energy yield. Additionally, beneficial flapwise load alleviation is demonstrated by the adaptive blades from both International Electrotechnical Commission prescribed fatigue, and extreme operational gust analysis. Finally, the adaptive blades display power smoothing capabilities and reductions in pitch rate, however, increases in blade root torsional moment possibly contrast these pitch system benefits.
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