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风力发电新选择-无叶片风力发电机 复材云集|复合材料

2023-08-04 17:163590
提起“风力发电机”,你的脑海中是不是立刻浮现出“三叶片白色大风车”?

除了这经典的造型之外,真实的风力发电机还有着各种魔性的造型。

风车作为风电机的“鼻祖”,在荷兰发挥了巨大的排水作用,从而闻名世界。四叶片荷兰风车的形象也深入人心。

 

美国西部的多叶片提水风车曾经也广为流行。多支叶片可以使整个风轮产生较大的功率,提供更充足的动力。

 

四叶片甚至多叶片风车已经成型,为什么到风力发电机上,变成了三叶片呢?

叶片数目不会直接影响能量利用率,相反,叶片数目过多会干扰空气流动,降低风能的利用率。风能利用设备最多只能捕获风中59.3%的动能,并加以利用。这么说来,风力机哪怕只有一支叶片,也可以产生同样多的电。

 

不过,单叶片风电机并没有成为主流。单只叶片会使风轮极度不平衡,严重威胁整个风电机组的安全性。想象一下,一大团衣服缠绕在一起甩干时的样子……整个洗衣机会剧烈振动,甚至直接罢工。

对称的两支叶片可以改善这种受力不平衡的状况,但依然不够稳定,在更理想的载荷控制技术出现之前,双叶片风电机的应用依然会受到限制。

 

三叶片风力机因其最佳的布局形式解决了平衡的问题,也最常见。

有的厂家将风力机“化整为零”,使用多支小叶片,变身为四头十二臂


 

其实,无叶片,也能发电

Aeromine的无叶片风力发电机

通过使用与赛车尾翼类似的设计,风力发电机在屋顶上工作,没有暴露的叶片,占用的空间远小于太阳能电池板。

风力发电的限制:前期成本、维护要求、噪音

Aeromine 空间更小 发电量更大

静止不动的涡轮机可以产生比太阳能电池板多50%的能量,而占用的空间只有不到太阳能电池板的10%。
风力发电的原理:伯努利效应

 

伯努利效应是指气体和液体如果以不同的速度在物体周围流动,流动较慢的流体(如空气)将比流动较快的流体产生更大的压力,并且这迫使物体朝向更快移动的流体。风力涡轮机的叶片带动转子旋转,为发电机提供电力。

Aeromine结构原理

因为涡轮发电机安装在里面,它既不受极端天气的影响 也不受人和动物的影响。没有暴露的活动部件 这意味着更少的维护。它还可以在风速低至约每小时8公里的情况下运行。相比之下,传统风力涡轮机需要大约每小时15公里或更高的速度才能运行。

成本与太阳能接近,发电效率远高于太阳能

 

该公司参加了2021年美国国防部组织的“重新想象能源挑战”。他们的5千瓦的涡轮机参加了比赛,并估计每台涡轮机每年可生产14.3兆瓦时的电量。从这个角度来看,5千瓦的额定功率相当于平均21个屋顶太阳能系统的功率。据估计该风力涡轮机的安装成本约为每千瓦2400美元,而太阳能电池板的成本约为每千瓦1655美元。

Aeromine首批应用场景为大型平台的屋顶

 

Aeromine的首批应用是大型平坦的屋顶建筑,比如仓库、数据中心和大型零售商店。由于不能调节方向,它们最适合风向变化不大的地方。每个风力涡轮机间隔约4.6米 面向主导风向。中间为太阳能电池板留出了空间,从而与太阳能互补。

荷兰IBIS 开发类似的“能量巢”

 

荷兰公司IBIS动力已经展示了将太阳能电池板与小型涡轮机结合在一起的好处,并采用了一种称为能量巢的安装形式。将小型涡轮机、烟囱和太阳能电池板集成到 IBIS 所说的模块化动态雕塑中,以最大限度地提高单个屋顶的发电量。

“能量巢”的背后:文丘里效应

 

该公司声称,这种安排提供的能量是太阳能电池板单独产生的能量的6倍。这里用到的是文丘里效应。当流体通过狭窄的空间(如漏斗)时,其速度会增加。

能量巢的发电量是太阳能板的6倍

 

IBIS声称,能量巢利用文丘里效应将风速提高了140%至160%。它的涡轮机也可以在风速低至每小时4.5英里时工作 。同时,太阳能电池板在一个升高的平台上进行了位移优化,这意味着覆盖的面积比整个屋顶的面积略大。当风在太阳能电池板下行进时,风会冷却太阳能电池板,这可以转化为10%到25%的效率提升。

IBIS的试点发电量:140兆瓦/年

 

IBIS 在哈斯杰山顶建造了一个能量巢,位于荷兰埃因霍温市的一座70米高的住宅楼上。这个能量巢有296块太阳能电池板和4个涡轮机。估计这些组件每年将产生不少于140兆瓦时的电力。
像“能量巢”、Aeromin这样的概念告诉我们,小型风力涡轮机不仅可以独立发挥作用,而且可以产生更大的影响,使我们的可再生能源多样化。

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