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风力发电机风轮现存在的问题和改进方向

导读: 风力发电机的自适应风轮,可实现:风速1米/秒条件下起动;其性能:风速在3~5米/秒条件下,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。

  发明和专利权人何立武

  摘要:风力发电机的自适应风轮,可实现:风速1米/秒条件下起动;其性能:风速在3~5米/秒条件下,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。

  全球石油和煤炭资源面临枯竭,传统能源价格不断上涨,环境污染日益严重。各国都在积极开发清洁的可再生能源,并把希望寄托于风能和太阳能项目。但是,目前风能和太阳能的发电成本远比水电和火电高。据观察,现有的风力发电机,特别是大功率风力发电机,多半时间都处于停机状态;部分风电场的风机虽然在转动,但发电量不高;还有个别地方的风电项目被外界称为“形象工程”。综合看来,目前的风电场风机的利用效率并不高。是什么影响风机效率呢?笔者认为,风力发电机效率高低的关键在于风轮。

  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11~13米/秒(6级风),据观察,北京地区6级以上的大风每年只有几天。现有风机的额定功率往往很大,但年平均发电功率却很小。据了解,北京地区年平均风速约3米/秒,这正是大型风机的起动风速,如何在北京发电?现有风机效率低的主要原因有如下3条。

  1.风轮实度低,造成风能利用系数小

  我国现有的各种大小风机风轮多数只有3片风叶,叶片细而长,其实度(叶片总面积与扫过的面积之比)仅约4%。与之可类比的直升机旋翼叶片的数量是随直升机的重量增大而增加。例如,4吨重的“直9”直升机是4片旋翼,直径为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%,是风机风轮实度的2倍。旋翼是直升机的关键技术,各国投入巨资进行吹风等研发试验,目前该技术已经成熟,旋翼技术是风机风轮设计的可靠参照实例。和直升机旋翼相比,由于风机风轮的实度低,目前风力发电机的效率必然较低。

  2.风轮风叶翼型是固定的,不能适应不同的风速

  风力发电机风轮风叶的翼型一般按风速8米/秒设计的,在此条件下风能利用系数最高。由于风速大小是随机的,无论风速小于或大于8米/秒,风叶效率(升阻比)都会下降,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在非设计状态下工作,不但总体效率低,而且起动困难。

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