风力涡轮机(风力涡轮机原理)

美国东海岸11个州已经承诺采购近40GW的海上风力发电。但日益强大的大西洋飓风将对这些未来的海上风电场构成威胁。一个科学家小组调查了如何使海上风力涡轮机更具弹性--他们发现，当他们把海上风力涡轮机转过来时，它能更好地抵御猛烈的风暴。

面对飓风，海上风电场的复原力

正如CU Boulder Today所解释的，来自科罗拉多大学博尔德分校、弗吉尼亚大学、德克萨斯大学达拉斯分校、科罗拉多矿业学院和国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员认为，涡轮机能抵御大风的方式是面对下风。

传统的上风向涡轮机面对来风，为了避免被吹到塔架上，其叶片必须有足够的硬度。建造这些相对较厚和巨大的叶片需要大量的材料，这使其成本上升。然而顺风转子上的涡轮机叶片是面向风的，因此当风势增强时，它们撞上塔架的风险较小。这意味着它们可以更轻、更灵活，这需要更少的材料，因此制造成本更低。这些顺风的叶片还可以在面对强风时弯曲而不是折断--就像棕榈树一样。

科罗拉多大学博尔德分校电气、计算机和能源工程系的Palmer讲席教授Lucy Pao表示：“我们在很大程度上受到棕榈树的生物启发，它们可以在这些飓风条件下生存。”

研究小组建造了一个53.38千瓦的涡轮机，被称为SUMR-D--分段式超轻型变形转子演示器。他们的涡轮机具有两个轻巧灵活的叶片和一个顺风转子。它在博尔德南部的NREL Flatirons校区进行了为期四年的研究测试。

SUMR-D的特点是改进了控制器，即系统的大脑，它决定了在生产电力时何时提升或降低。

偏航控制器确保涡轮机朝向正确的方向，叶片间距控制器决定叶片的方向（取决于风速），而发电机扭矩控制器决定从涡轮机上拉出多少电力并输送到电网。虽然它控制着涡轮机的物理组件，但这些控制器本质上是一种告诉电机该怎么做的软件算法。

SUMR-D涡轮机在大风中表现稳定而高效。研究人员还认为，他们的控制算法也可以适用于传统的三叶上风涡轮机。