 |
您目前的位置：首页--节能技术 |
|
现在，全球石油和煤炭资源面临枯竭，价格上涨，污染严重。因此，各国都在研发可再生的清洁能源。几乎都寄托在风能、太阳能项目上。但是，目前这两种能源的发电成本远比水电和火电高。据我观察，现有的风力发电机，特别是大功率风力发电机，大部份时间都在停机状态，有的虽然在转动，也发电不多；有的地方成了形像工程。风力发电机效率高低的关键在风轮。我今天发言的题目是：风力发电机风轮现存在的问题和改进方向。
一、现有风机风轮存在的主要问题
现有风机发出额定功率的条件是，风速9-13米/秒（6级风），在北京地区，每年只有几天时间刮6级以上的大风。往往一台风机额定工率很大，但年平均发电量很小。北京地区年平均风速据说在3米/秒，这正是大型风机的起动风速，如何在北京发电？现有风机效率（即风能利用系数Cp，发电功率与流过叶轮园面积空气总功率之比）低。现风轮存在的主要问题有如下3条：
1、风轮实度（叶片总面积与扫过的园面积之比）低，造成风能利用系数小
现各种大小风机风轮多数只有3片风叶，叶片细而长，实度仅约为4%。与之可类比的直升机旋翼叶片的数量随着直升机的重量增大而增加。如4吨重的直9直升机是4片旋翼，直径11.5米。56吨重的米-26是8片旋翼，直径是32米。直升机旋翼的实度约为8%，约为风轮实度的2倍。旋翼是直升机的关键技术，各国投入巨资进行吹风等试验研发，技术成熟。旋翼是一种风轮设计可靠的参照实例。和直升机旋翼比，风轮由于实度低，现有的风力发电机自然效率低。
2、风轮风叶扭转角是固定的，这是造成风能利用系数低的又一个原因
风轮风叶扭转角一般是按风速8米/秒设计的，此时风能利用系数最高。由于风速大小是随机的，风速无论小于或大于8米/秒，风叶效率（升阻比）都要下降。这与直升机旋翼定速旋转完全不同。风轮叶片大部份时间都工作在非设计状态，不但总体效率低，而且起动困难。
3、现风轮叶片无法靠增加宽度的办法提高实度。
我们知道飞机机翼设计成大长宽（展弦）比，才能获得大的升阻比，具有较高的效率。如果单纯增加叶片宽度，阻力会急剧增加，升阻比下降，现风轮叶片无法靠增加宽度办法增加实度提高风能利用系数。问题还有很多，不再列举。
二、技术改进方向
如上图，以本人的发明专利《风力发电用自适应风轮》（专利号：2008 1 01015693.5）为例做一介绍。该风轮由3-4叶片组成，叶片较宽，每个叶片由若干个羽片组成。其优点主要有如下4条：
1、该风轮能在风速1米/秒条件下起动，在微风（3级风：3.4-5.4米/秒）条件下额定发电。能在风速比较小的北京地区使用，适应面广。
2、该风轮的性能：风速在3-5米/秒（是大风机起动风速，大部分地区常有的风速）条件下，和现有直径相同的风轮相比发电功率至少增加50%。在更大的风速条件下，发电功率增幅会有所下降，但仍会增加。
3、其原理是：由于风轮风叶有自适应风速和转速的能力，风轮在起动时羽片会顺风向偏转，使羽片与气流间夹角（羽片迎角α）接近有利迎角，起动风速低。随着风轮转速提高，空气流动方向会向叶轮转动的反方向偏转，羽片也会向旋转平面方向回转，使羽片迎角在一定范围内等于或接近有利迎角。在较大的风速范围内，叶片升力（Y=Cy?0.5ρV2?S）系数Cy较大；叶片阻力（X= Cx?0.5ρV2?S）系数Cx较小，升阻比较大。升力与阻力在旋转面上的分力之合较大，风轮转动有力，转速高，发电量大。
4、羽片之间[FS:PAGE]是有缝隙的，像鸟的翅膀一样，增加了面积，提高了风轮实度，增加了升力，但阻力增加不多，升阻比较大。
总上所述，该风轮实度高，是现有风机的2倍以上；在较大风速范围内，叶片迎角等于或接近最佳值，有自适应能力，转动功率大。其结果是：起动风速小（1米/秒）；微风发电能力强，适合地区广，天天能转，50%以上的天数可以额定功率发电。风轮直径相同时，年发电量比现有风机会大幅度提高，其发电成本有可能下降到水电、火电水平。从技术角度看，该风轮是空气动力学理论与鸟翼仿生学相结合的产物。它的发展前景可能是革命性的。
谢谢大家！
（作者：原某部总工程师 何立武） ( 责任编辑：管理员 ) |
|
|
|
 |
|
| 因地施策，破解停车难 |
|
|
| |
|
|
