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台风发电:卡门涡街(Karman vortex street)

已有 817 次阅读 2020-6-29 14:01 |个人分类:风电功率预测|系统分类:科研笔记| 台风, 发电, Karman, vortex, street, street, street, street, street, street, street, street, street

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台风发电:卡门涡街(Karman vortex street)

Kármán

         

由于所谓“学术道德”的限制,使我不能在这里说破。

   在我国东南沿海的季风区,夏季等(5月到10月)会出现平均每年7个左右的台风。单个台风在一个地点的时间约在一天,整个台风的持续时间常在3天到15天。

         

Typhoon HAIMA (LAWIN) Final Update   20161020114201.gif

台风

(1)Weather Philippines Foundation, 2016-10-20, Typhoon HAIMA (LAWIN) Final Update

https://weatherph.org/tropical_cyclone/typhoon-haima-lawin-final-update/

(2)台风海马(2016年第22号台风)_百度百科

https://baike.baidu.com/item/%E5%8F%B0%E9%A3%8E%E6%B5%B7%E9%A9%AC/19940709

                        

         

风力发电机的功率曲线(Power Curve)示意图:

(1) An Approach to Determine the Weibull Parameters for Wind Energy Analysis: The Case of Galicia (Spain) [J]. Energies 2014, 7(4), 2676-2700;

https://www.mdpi.com/1996-1073/7/4/2676/htm

(2) Wind Turbine Power Curve Upgrades [J]. Energies 2018, 11(5), 1300

https://www.mdpi.com/energies/energies-11-01300/article_deploy/html/images/energies-11-01300-g009.png

             

   当台风(Typhoon)、热带气旋(Tropical Cyclone)到来时,常规的风电需要停机。此时,可以启用下述的“台风发电”

             

一、现有风机的专门性改进

   水平轴、垂直轴风机,降低扫风(受风)面积,适度降低叶片刚度(增加弹性变形能力)。叶片变细变短。降低叶片的机械转动惯量。

   风机、发电的安全性是首位的,发电效率次之(风能已经足够大了)。

       

二、新原理风机

   (1)将现有的卡门涡街(Karman vortex street)发电,改造成强风下的风电。优先采用水平阻杆bluff。

   也可以使用垂直杆,这样卡门涡街可以在水平方向来回运动。采用摆动的直线发电机。

   当然,也可以用齿轮齿条传动变成圆周运动,采用现有的旋转发电机。这样可能效率会降低?

                      

   (2)提高对卡门涡街能量的吸收,可以采用杠杆等机械结构,或发电阵列。

   提高台风时的风电安全性,是首选的。

     

   (3)风速超强时,直接板振发电:不是利用卡门涡街后部的风振动,而是直接利用阻杆bluff自身的振动或摆动(来驱动直线发电机,或用齿轮齿条转换成圆周运动)。

     

   (4)摆动的直线发电,还可用于波浪发电(wave energy converter) 

    

   上面使用“台风发电”,主要是为了吸引眼球。其实在额定风速以上就可以采用。尤其是超过切出风速后。不一定非得是台风,只要风速足够大就行。真正台风,特别是强台风(如风速52米/秒甚至82.7米/秒)时,卡门涡街风力发电机、直接板振发电可能更合适。

   由于台风和其它大风通常不会在某地突然出现,而是一个演化的空间和时间过程,所以可以根据台风以及其它大风的预报,合理搭配使用各种类型、原理的风机。保证大风时期的风电供应。

   除了我国东南沿海, 亚洲、非洲、拉丁美洲、欧洲、美洲等有强风的沿海,都可以用。

   

以上的新想法,带有一定程度的“0到1”。在先在《科学网》介绍一下吧!

   

   降低叶片等旋转部件的机械转动惯量,对于所有的风机都是有利的。可以减小机械磨损、增加风机的寿命;提高风速到出力折算的准确性;降低噪音,等。

   

参考资料:

[1] 朱磊,2020-05-13,啥?引发虎门大桥异常振动的卡门涡街,还能发电?

http://ask.kedo.gov.cn/c/2020-05-11/1032715.shtml

https://baike.baidu.com/tashuo/browse/content?id=75b05387553aae1c06ce61a0&lemmaId=10082963&fromLemmaModule=pcBottom

Karman Vortex Street 01   Vortex-street-animation.gif

卡门涡街(Karman vortex street)示意图

[2] Karman vortex street theory-based non-blade wind power generator, has connecting rod drives permanent magnetic unit to move in up and down direction so that permanent magnetic unit and coil inducting unit generate electric energy[P],专利号: CN107869424-A,专利权人: UNIV NORTH CHINA ELECTRIC POWER,发明人: SONG Y; SI Q; XIU Z; 等.

[2] A miniature pneumatic energy generator using Karman vortex street [J]. 作者: Hai-Dang Tam Nguyen; Huy-Tuan Pham; Dung-An Wang, JOURNAL OF WIND ENGINEERING AND INDUSTRIAL AERODYNAMICS,卷: ‏ 116,页: ‏ 40-48,出版年: ‏ MAY 2013 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167610513000524

[4] Colin Jeffrey, 2015-05-19, Vortex bladeless turbines wobble to generate energy [EB/OL]

https://newatlas.com/vortex-bladeless-wind-turbine-generator/37563/

[5] 波浪发电 wave energy converter [EB/OL]

https://baike.baidu.com/item/%E6%B3%A2%E6%B5%AA%E5%8F%91%E7%94%B5

[6] 新型横卧便携式浪能发电装置 [EB/OL]

https://baike.baidu.com/item/%E6%96%B0%E5%9E%8B%E6%A8%AA%E5%8D%A7%E4%BE%BF%E6%90%BA%E5%BC%8F%E6%B5%AA%E8%83%BD%E5%8F%91%E7%94%B5%E8%A3%85%E7%BD%AE

[7] Anaconda Wave Energy Converter Concept [EB/OL]

https://energy.soton.ac.uk/anaconda-wave-energy-converter-concept/

[8] Andy Goldma, 2012-10-28, Introduction to Wave Energy Converters [EB/OL], WECs

http://www.renewablegreenenergypower.com/introduction-to-wave-energy-converters-wecs/

[9] * Wave energy converters [EB/OL]

http://www.coastalwiki.org/wiki/Wave_energy_converters

相关链接:

[1] 2020-03-03,趋同进化:再谈低风速风机的叶片

http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1221594.html

[2] 2019-12-30,为了我的国(2019献计:低风速风机叶片)

http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1212051.html

                          

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