臺灣博碩士論文加值系統

一般風力發電機分為水平軸式風力發電機與垂直軸式風力發電機，水平軸式效率高且技術成熟，目前風力發電機主要以水平式為主。然而在台灣地狹人稠都會區，長時間處於風向不穩、風速不高之風場條件下，較不適合設置水平式風力發電機；反觀垂直式風力發電機有利於都會區架設，近年來已逐漸成為國外發展的重點。
現有風力發電機相關論文中，大部份研究重點都擺在轉子葉片的分析與設計、增加葉片轉子效率、發電機設計製作以及風力機結構之設計，並沒有考慮到風力發電機整體系統設計與匹配整合的問題。因此本文主要針對長時間風向不穩、風速不高之人稠密的都會區或公園等地區，設計一套小型垂直軸式風力發電機系統。
風力機部分利用商用套裝軟體ANSYS CFX進行模擬分析設計風力機轉子，了解轉子在不同轉速下產生的發電功率，得知風力機轉子的特性，接著根據葉片的最大效率點，選擇匹配的發電機，以得到最大功率的產生，最後設計組裝結構，完成整部小型垂直軸式風力發電機之設計。

Wind turbine generators are divided into two types - horizontal axis wind turbine generators and vertical axis wind turbine generators. Having been in use longer, the horizontal axis wind turbine generators are better developed and highly efficient. They are presently the most commonly used as well. However, because Taiwan is so crowded, the wind’s direction is unstable and the wind’s speed is usually low, thus making the horizontal axis wind turbine generators unsuitable for use in Taiwan cities. The vertical axis wind turbine generators are more suitable for these cities and have become a focal point of development in recent years.
In the related references, most of the research focused on different areas of analysis, such as the design of the turbine blades, the efficiency of the rotor, the design of the generator, or the design of the structures, separately. Designing the wind turbine generator as a whole system was never considered, such as matching the most powerful generator with the turbine blades. This thesis is directed towards designing a completely integrated set of small-scale vertical axis wind turbine generator system that are suitable for the cities in Taiwan.
ANSYS CFX was utilized to simulate the dynamics of turbine blades. The characteristics of the rotor, such as the output power under various rotational speeds to produce the maximum efficiency, were then obtained. According to these results, the selected generator was chosen since it would produce the maximum output of power for the system. Finally, the structures were designed to complete the whole system of a small-scale vertical axis wind turbine generator.

摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
符號索引 XI
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究動機 5
1.3文獻回顧 7
1.4研究目的與方法 9
1.5論文架構 9
第二章 風能發電的基礎理論 10
2.1風與風能 10
2.1.1 風速 11
2.1.2 風級 12
2.1.3 風能密度 15
2.2風力機原理與特性 15
2.2.1風力機原理 15
2.2.2風力機特性 20
2.3風力機種類 22
2.3.1水平軸風力機 23
2.3.2垂直軸風力機 26
2.4風力發電機系統 28
2.2.1獨立型風力發電系統 28
2.2.1市電併網型風力發電機系統 29
第三章 風力機設計與分析 31
3.1風力機設計參考 32
3.2風力機模擬分析 36
3.2.1風力機型式 36
3.2.2 解析模型 38
3.2.3 網格品質 39
3.2.4 邊界條件 41
3.2.5 求解 42
3.2.6 結果討論 42
第四章 風力發電機系統設計 48
4.1風力機設計 49
4.1.1風力機規格 49
4.1.2風力機型式 49
4.1.3風力機尺寸 50
4.1.4風力機模擬分析驗證 52
4.2發電機選用 53
4.2.1風力機特性模擬分析 53
4.2.2風力機與發電機之匹配 55
4.3結構設計 55
4.4.1組件設計 56
4.4.2結構組裝 58
第五章 結論與未來研究建議 61
5.1結論 61
5.2未來建議 62
參考文獻 63
附錄A 67

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