風力發電機,英文是Wind Turbine,以下簡稱WT。在十年前,我進入Jetpro從事WT的結構設計,原本要做的是50kW的外罩式WT機型。我不清楚是否可行,但是肯定要做出葉片。有經驗的手積層法技術人士,先行給出三種材料的積層配置模式,我再依照Shell91和Shell99,去做出對應的結構分析結果以做為對應條件,其目的是要反過來用FEM預測正確的積層配置。
在FRP葉片的FEM技術搞定後,我面臨到對外罩匯集焦點平台的問題,此平台經過長時間的調整和挖孔做銲接,相當勉強地達到其結構安全的最低標準。後來,我使用環狀陣列技術做外罩結構分析,我發現外罩在風速和風向的急遽變化之下,相當有可能被風力吹毀損壞導致無法使用。50kW葉片的剛度已經相當高,尚且是在48m/s的耐風能力,外罩是二倍的葉片長度再加輪轂,剛度要提高到不毀壞必須非常厚,幾乎不可能以此模式做結構設計,因為WT會因過重無法自動對向。
我表示50kW的WT幾乎不可行,必須要縮小外罩式WT的發電能力,新的降格發電規模是5kW的WT。我評估過5kW的外罩式WT,其外罩的結構剛度要求仍然很高,不適合作為外罩式WT發電選擇。第二次降格的發電規模是1kW,此技術層級已經達到可行的水準,但是我對於外罩的評價是不經濟,因為外罩的厚度仍然要相當地厚。第三次降格的發電規模是200W,我確定JPS-200達到經濟水準。
JPS-200是標準款WT,無外罩款式是JPT-100,難道外罩式的WT會提高發電的能力嗎?外罩會讓迎風側提高聚集的風速,並在背風側產生負風壓的抽離力,一正一負會加速葉片的轉動能力,而葉片是經由風壓產生扭轉力矩,以推動輪轂轉動來帶動風力發電機。因此,外罩確實會提升發電能力,並會降低啟動轉速的風速,就是葉片開始轉動的風速,相較於無外罩WT比較低。此外,外罩是具有弧度的結構,經風力吹動產生自動對向,不需要偵測風向來源轉動WT。
在2008年的下半年,我在完成JPS-200的結構設計之後,對來訪的德國技師提出簡報和答辯解釋技術,經通過取得CE國際認證獲得行銷全世界的資格。任何商品要外銷他國做販售,除非雙邊具有國際貿易協定以外,一定要有CE國際認證才可以外銷,但是北美自由貿易區要個別商談,因為美國不承認CE的法律效力。在往後的二年內,幾乎都是在做微幅的修修改改,以使其達到最佳的結構設計尺寸。
歐盟的CE國際認證,有登錄我是JPS-200的結構工程師,C﹒M﹒Huang(2008)。在取得工地主任上課資格後,就完全不可能再做品管或監造,因為我是歐盟體系的國際工程師(機械工程)。美國體系的國際工程師,不承認歐盟體系的國際工程師。CE的臺灣代理機構是SGS,可以查證到國際工程師的資料。全世界僅有少數國家不承認CE,歐盟體系的國際工程師(機械工程)位階比較高。
歐盟的機械 美國的土木
電機的工程數學不是很困難,經我用Rayleigh分布計算,以風場風速平均值求算全年發電量,再換算為電力度數以折算成現金。以平均風速7m/s為例,全年發電量是526度,臺電公司一度電力是5元,一年可賺取電費2630元,結構設計運轉期20年以上,折算賺取電費5萬2600元。數學不是關鍵技術,而且Rayleigh是簡化模式,因而可以提供給相關專業人士做參考。以下,為JPS-200的全年發電量公式,我乃補算8~20m/s的發電數據。
WT的市場很競爭,技術細節不多做說明。
References
在FRP葉片的FEM技術搞定後,我面臨到對外罩匯集焦點平台的問題,此平台經過長時間的調整和挖孔做銲接,相當勉強地達到其結構安全的最低標準。後來,我使用環狀陣列技術做外罩結構分析,我發現外罩在風速和風向的急遽變化之下,相當有可能被風力吹毀損壞導致無法使用。50kW葉片的剛度已經相當高,尚且是在48m/s的耐風能力,外罩是二倍的葉片長度再加輪轂,剛度要提高到不毀壞必須非常厚,幾乎不可能以此模式做結構設計,因為WT會因過重無法自動對向。
我表示50kW的WT幾乎不可行,必須要縮小外罩式WT的發電能力,新的降格發電規模是5kW的WT。我評估過5kW的外罩式WT,其外罩的結構剛度要求仍然很高,不適合作為外罩式WT發電選擇。第二次降格的發電規模是1kW,此技術層級已經達到可行的水準,但是我對於外罩的評價是不經濟,因為外罩的厚度仍然要相當地厚。第三次降格的發電規模是200W,我確定JPS-200達到經濟水準。
JPS-200是標準款WT,無外罩款式是JPT-100,難道外罩式的WT會提高發電的能力嗎?外罩會讓迎風側提高聚集的風速,並在背風側產生負風壓的抽離力,一正一負會加速葉片的轉動能力,而葉片是經由風壓產生扭轉力矩,以推動輪轂轉動來帶動風力發電機。因此,外罩確實會提升發電能力,並會降低啟動轉速的風速,就是葉片開始轉動的風速,相較於無外罩WT比較低。此外,外罩是具有弧度的結構,經風力吹動產生自動對向,不需要偵測風向來源轉動WT。
在2008年的下半年,我在完成JPS-200的結構設計之後,對來訪的德國技師提出簡報和答辯解釋技術,經通過取得CE國際認證獲得行銷全世界的資格。任何商品要外銷他國做販售,除非雙邊具有國際貿易協定以外,一定要有CE國際認證才可以外銷,但是北美自由貿易區要個別商談,因為美國不承認CE的法律效力。在往後的二年內,幾乎都是在做微幅的修修改改,以使其達到最佳的結構設計尺寸。
歐盟的CE國際認證,有登錄我是JPS-200的結構工程師,C﹒M﹒Huang(2008)。在取得工地主任上課資格後,就完全不可能再做品管或監造,因為我是歐盟體系的國際工程師(機械工程)。美國體系的國際工程師,不承認歐盟體系的國際工程師。CE的臺灣代理機構是SGS,可以查證到國際工程師的資料。全世界僅有少數國家不承認CE,歐盟體系的國際工程師(機械工程)位階比較高。
電機的工程數學不是很困難,經我用Rayleigh分布計算,以風場風速平均值求算全年發電量,再換算為電力度數以折算成現金。以平均風速7m/s為例,全年發電量是526度,臺電公司一度電力是5元,一年可賺取電費2630元,結構設計運轉期20年以上,折算賺取電費5萬2600元。數學不是關鍵技術,而且Rayleigh是簡化模式,因而可以提供給相關專業人士做參考。以下,為JPS-200的全年發電量公式,我乃補算8~20m/s的發電數據。
平均風速(m/s) | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
全年總發電量(度) | 525﹒608 | 663﹒747 | 774﹒930 | 853﹒308 | 899﹒831 | 919﹒250 | 917﹒591 |
平均風速(m/s) | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
全年總發電量(度) | 900﹒640 | 873﹒282 | 839﹒344 | 801﹒672 | 762﹒309 | 722﹒674 | 683﹒720 |
WT的市場很競爭,技術細節不多做說明。
References
- Wikipedia, Wind turbine
- Jetpro Technology, Inc., http://www.jetprotech.com.tw/