各种风车效率的比较-水平轴/垂直轴

本文介绍各种风车的效率比较,包括常见的垂直轴风车(萨窝纽风车 与 达里厄风车),以及典型的三叶片水平轴风车。其中除 萨窝纽风车属于阻力型风车,而 达里厄风车与三叶片水平轴风车皆为升力型,各种风车的效率比较图以及相关影片如下所示,如欲瞭解何谓 萨窝纽风车, 达里厄风车,可参考 => 垂直轴风车(1)-基本原理与分类

*繁體版文章與影片 => 請點選右上方繁體版語言列

在风车效率比较图中,纵坐标为风车效率,横坐标为“叶尖速比”,就是叶片尖端速度与风速的比值,当数值为1 表示叶片速度与风速一样快,数值为2 表示叶片速度为风速的2倍,以此类推。风车效率的理论最大值被称为贝兹极限(Betz Limit),数值约为 0.59。

典型的 萨窝纽阻力型风车的最大效率只有 0.15,發生在叶尖速比 0.9处,由于在0速附近,效率增加极快,表示低速时 具有大扭力,因此能够自行启动。但由于转速慢,通常无法超越风速,较不适合用来發电,因为發电机需要足够的转速才能感应出电能。

典型的 达里厄升力型风车的最大效率约为 0.4,發生在叶尖速比 4 倍左右,效率高于阻力型风车很多,但在叶尖速比 0~2 时,其效率几乎为 0 ,表示此范围内没有扭力输出 [註 1],因此达里厄风车很难自行启动。但是当叶尖速比大过一定值后,达里厄风车的效率便急速增加。由于其叶尖速比较高,适合用来發电。

典型的 三叶片水平轴风车的最大效率约为 0.45,發生在叶尖速比 8 倍附近,可知水平轴风车的效率很高(已成为目前發电的主流),但较高的叶尖速比也导致噪音较为严重。

虽然垂直轴风车效率较水平轴为低,但理论上并未差太多,且垂直轴风车可以接受任何方向的风,因此不需要对风机构,且發电机可以安装在主轴下方,重心较低 也使得结构简单,因此垂直轴风车仍具有發展的潜力。

参考:风能与风车达里厄风车实验风车原理与分类风车的效率计算


 [註 1] 风车效率等于风车功率除以风能总功率,可参考=》风车效率的计算,而风车功率等于转速乘以扭力,当风车在叶尖速比0~2范围的效率低下,表示虽然具有转速,但扭力输出很小。


 


发表评论