機電科/輪機科跨�「專題實作」跨科合作分享�

教育部技術型及綜合型高級中等學校十二年國民基本教育課程綱要前導計畫�

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「專題實作」跨科合作

具扭曲，螺旋，和流道之翼型截面結構葉片的全方向風力渦輪

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一、專題摘要

TSCAS Blade Omnidirectional Wind Turbine，係針對垂直軸風力渦輪葉片做出的小型風力渦輪葉片。把葉片設計成特殊的Curved彎曲、Twist扭曲、Spiral螺旋設計，讓風流能流暢地在亂流中推動葉片，而使渦輪轉動更加順暢及擁有更高運轉效率。為了提高效能，我們不單單只有Curved彎曲型、Twist扭曲型、Spiral螺旋型葉片，我們更在葉片中做出Channel流道設計，讓風在流向葉片時，能夠運用Bernoulli’s Principle伯努利原理來增強它的轉動效能。除此之外，我們使用的葉片模型是由新興科技3D列印技術將葉片列印出來，在精準度上誤差極小。

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二、研究目的

近期台灣新興產業離岸風電的盛行，又以全球20大風場台海就占16個，然而再生能源2022上半年風力占比提升0.35%卻遠不及光電！我們也發現，現今小型風力渦輪在風力不穩下，產生紊流(turbulent)的風場中，會產生風能擷取效率低劣的問題，所以我們想要研發出幾款能使風力渦輪在紊流中之風流各方向皆能擷取風能，而不會因紊流造成風能擷取效率低劣之葉片，並思考如何進而有效地提升風力發電電量之相關小型風力渦輪系統設計。

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三、研究方法及過程

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三、研究方法及過程

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三、研究方法及過程

渦輪葉片運轉圖

葉片運轉相對位置圖

葉片Cross-Section A

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三、研究方法及過程

Curved + Channel Structure

葉片設計圖

Curved + Twist

葉片設計圖

Curved+Twist+Spiral+Channel

葉片設計圖

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三、研究方法及過程

底座Bearing裝設設計圖

彎曲結構葉片支架

Curved + Twist + Spiral

結構葉片固定裝置

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三、研究方法及過程

Curved + Channel

結構葉片實體

Curved + Twist + Channel結構葉片實體

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三、研究方法及過程

風洞測試

煙流測試

Curved + Channel渦輪

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四、研究結果

渦輪渦輪葉片轉速實驗

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四、研究結果

渦輪轉速vs 風流進風方向 實驗數據

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四、研究結果

申請發明專利

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五、結論

我們這次全方向風力渦輪葉片之製作以3D列印為主，質量輕、製造容易且方便，價格也不高。這次作品也讓我們更了解風電的運作，我們也想推廣風力、綠能，若未來能夠量產，我們也想打造出像太陽能發電普及的小型風力發電系統，而可以讓更多人知道風力的運用和綠能產業的發展前景。若能研發成功，更能進一步改善石化發電帶來的對生態破壞與環境汙染的衝擊，而營造出一個美好的地上天國！

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111年全國專題及創意製作競賽機械群專題組第一名

作品名稱：Omnidirectional wind turbine全方向風力渦輪

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簡報結束