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那位有小型風(fēng)力發(fā)電機的技術(shù)資料，重謝

: 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-02-18

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　　要：因風(fēng)力機造價太貴，而使風(fēng)電成本比火電成本高出2/3，所以風(fēng)電雖無污染，能再生是十分理想的清潔而又可持續(xù)發(fā)展的能源，卻無法推廣。擺翼式立軸風(fēng)力機已開發(fā)成發(fā)電成本比火電還低二成多的250瓦微型風(fēng)力機產(chǎn)品，完全可以進一步發(fā)展300千瓦以上的巨型風(fēng)力機。這就可普遍推廣風(fēng)電，改變以火電為主的世界能源格局，大大緩解大氣污染變暖的危害。文章論述了該風(fēng)力機的特色，分析了其造價特低的原因。最后希望“十五”規(guī)劃研討大規(guī)模發(fā)展大、中、小型風(fēng)力發(fā)電機政策性問題。　　風(fēng)能無污染，可再生，是十分理想的清潔而又可持續(xù)發(fā)展的能源，但卻很難推廣。目前，全球風(fēng)能所發(fā)的電是微不足道的。根據(jù)1996年9月的統(tǒng)計資料表明，美國加利福尼亞州風(fēng)電約占全球風(fēng)電總量的80%，但只相當(dāng)于該州總發(fā)電量的1%多一點。當(dāng)今世界能源格局是火電約占80%，其余的為核電和水電。風(fēng)電不能推廣的根本原因是風(fēng)力機造價太高，當(dāng)前風(fēng)電每度（kwh）約5美分，而火電只有3美分[1]?！　膰赓Y料看，風(fēng)電在1981年為每度7美分，到1993年就降低到每度5美分[1]。美國能源署期望到2000年能達到4美分[2]。風(fēng)電成本很難迅速降低，主要是由現(xiàn)代水平軸旋槳式風(fēng)力機本身的局限性造成的?！　[翼式立軸風(fēng)力機是一種全新的風(fēng)力機。最近開發(fā)成功的250瓦微型風(fēng)力發(fā)電機顯示出很高的技術(shù)經(jīng)濟指標，使風(fēng)電成本急降到2.4美分，比火電還低。在價格規(guī)律支配下，風(fēng)能已有條件進行全面推廣，從而替代火電成為新世紀的主要能源。　　與同類產(chǎn)品相比，擺翼式立軸風(fēng)力機的技術(shù)經(jīng)濟指標提高了三倍多，如下表所示：　　產(chǎn)品　　容量（瓦）額定風(fēng)速（米/秒）重量（公斤）價格（元）　　擺翼式立軸風(fēng)力機 250 8 20 800　　南航司達牌風(fēng)力機 200 8 115 2100　　按使用壽命只算10年，滿負荷率18%計算，該產(chǎn)品可發(fā)電：　　10 × 365 × 24 × 0.18 × 0.25=3945 (kwh)　　所以，每度只需要0.202元，折合2.4美分，比火電還便宜二成多。如果開發(fā)出大型、巨型風(fēng)力機，風(fēng)電的成本將會降得更低。擺翼式立軸風(fēng)力機所以能有如此卓越的技術(shù)經(jīng)濟指標，是有其內(nèi)在原因的。與現(xiàn)代水平軸風(fēng)力機相比，它有以下特點：　　不需要迎風(fēng)機構(gòu)　　立軸式風(fēng)力機不存在風(fēng)向改變的問題，所以無需迎風(fēng)機構(gòu)。而水平軸風(fēng)力機不但不可沒有迎風(fēng)機構(gòu)，而且還需要將全部風(fēng)力發(fā)電機組搬上塔頂，這是是十分不方便的?！　『唵斡行У淖詣踊瘹鈩恿Σ季帧　∪绻麑w機的兩個翼片豎立安裝在兩側(cè)，就構(gòu)成一個立軸風(fēng)力機。由于風(fēng)對兩側(cè)翼片所生的力相互抵消，因此這風(fēng)力機將不會啟轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在世界范圍內(nèi)立軸風(fēng)力機的設(shè)計專利有上百種，有使用附加翼面的，也有使用連桿、凸輪等機械裝置的，都相當(dāng)復(fù)雜，難以經(jīng)濟有效地實現(xiàn)，只有Darrius式立軸風(fēng)力機例外。但它在風(fēng)小時會停轉(zhuǎn)，因此不會自行啟動。美國能源署的Sandia國家實驗室專門研究開發(fā)這種風(fēng)力機，已有產(chǎn)品可與水平軸風(fēng)力機競爭，但尚未超過它?！　[翼式立軸風(fēng)力機利用氣動力原理，將翼片偏擺軸置于其空氣動力中心之前，在風(fēng)的作用下，翼片在兩側(cè)自動擺向相反的一邊，因而產(chǎn)生同一方向的力矩，協(xié)力驅(qū)動風(fēng)力機轉(zhuǎn)動。其結(jié)構(gòu)極為簡單，詳見圖一?！　D一擺翼式立軸風(fēng)力機作用原理　　圖一給出了風(fēng)力機的俯視圖，繪出了上風(fēng)和下風(fēng)位置中翼片所處工作狀態(tài)下速度和氣動力的矢量圖。風(fēng)從左側(cè)來，在上風(fēng)時，翼片相對氣流的流速為V1，其作用點即空氣動力中心a1在偏擺中心，即支點P1之后，因而使翼片前緣擺向外側(cè)，受定位釘s1的限制，停在所示位置。這時的攻角是α1，相應(yīng)產(chǎn)生升力L1和阻力D1的合力R1，對風(fēng)力機立軸產(chǎn)生一個驅(qū)動力矩f1r（r是風(fēng)力機的半徑）；而在下風(fēng)時，氣動力使翼片前緣向內(nèi)擺，停在定位釘s2的位置上，這時攻角為α2，產(chǎn)生的驅(qū)動力矩是f2r，繼續(xù)推動風(fēng)力機轉(zhuǎn)動?！　√卮箫L(fēng)時自動卸載　　擺翼式立軸風(fēng)力機的翼片在遇到災(zāi)難性的特大風(fēng)時能自動順槳，使其攻角為零，從而使翼片負荷幾乎完全解除，大風(fēng)過后再自動恢復(fù)。這使風(fēng)力機的強度計算風(fēng)速從50米/秒以上下降到25米/秒，風(fēng)壓減少4倍多，所以整個風(fēng)力機可以設(shè)計得十分輕巧，大大降低了造價。這在表一風(fēng)力機的重量中得到了充分反應(yīng)?！　『唵斡行У碾x心力控制的恒速裝置　　擺翼式立軸風(fēng)力機的調(diào)速裝置很簡單，亦很有效。因為翼片偏擺時的定位釘是受離心力控制的，因此轉(zhuǎn)速超過定額時定位釘向內(nèi)移動，減小攻角，從而減小驅(qū)動力矩，使風(fēng)力機回到額定轉(zhuǎn)速，反之亦然。實驗結(jié)果顯示在風(fēng)速或負載改變時，風(fēng)力機轉(zhuǎn)速保持恒定。這有利于發(fā)電機頻率的設(shè)定。　　采用銷齒輪增速　　風(fēng)力機本身轉(zhuǎn)速很低，必須增速十多倍才能用來驅(qū)動發(fā)電機，因此發(fā)電機極笨大，很不經(jīng)濟。而大傳動比增速齒輪箱的造價很貴。因此，我們采用了銷齒輪驅(qū)動進行增速，一級就解決問題。用滾動軸承的滾柱體作銷齒，十分便宜，使增速機構(gòu)價格大大降低。銷齒組的機械效率較差，但這可以用增大風(fēng)力機直徑和翼片長度的辦法來補償。后者所增費用不大，總的技術(shù)經(jīng)濟指標可大大提高。　　先進的工藝設(shè)計　　在產(chǎn)品設(shè)計中，盡可能采用鈑金冷加工、電阻焊、塑料、膠接、玻璃鋼等新工藝，以利于進行大批生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，大幅度降低生產(chǎn)成本，也盡量保證互換性，使維護組裝方便，以便于售后服務(wù)?！　∮捎谝陨线@些特色，才使得擺翼式立軸風(fēng)力機能有杰出的表現(xiàn)?！　∈癸L(fēng)能普及，以代替火電，可以大大改善大氣污染，緩解氣候變暖的危害，這當(dāng)然是值得追求的事業(yè)。擺翼式立軸風(fēng)力機的高經(jīng)濟效益，已經(jīng)使原為制約因素的價格規(guī)律轉(zhuǎn)變?yōu)閺姶蟮耐苿恿?。依靠市場，風(fēng)能開發(fā)就能夠自行推廣普及，不需要國家大量投資。但政府的引導(dǎo)扶持也是十分重要的，有三個方面的問題需要引起注意：　　一是小型風(fēng)力機作為節(jié)能裝置大量推廣的問題?！　⌒⌒?、微型風(fēng)力發(fā)電機如為家庭所采用，就能得到大范圍推廣。因此，開發(fā)利用大范圍風(fēng)能資源，其總體容量非?？捎^，作為一種節(jié)能措施，是值得重視的?！　⌒⌒惋L(fēng)力發(fā)電機的獨立運行有儲能的問題。這可用蓄電池解決，以便于無風(fēng)時有電可用，有風(fēng)不用電時將電能儲存。由于蓄電池價格高、維護難，使用電成本大大提高，因此并不受歡迎，這就難以使小型風(fēng)電得以普及，達不到大范圍節(jié)約電能的目的?，F(xiàn)在國內(nèi)絕大部分鄉(xiāng)村已通電，為使小型風(fēng)力發(fā)電機能夠掛電網(wǎng)，以使無風(fēng)時保證供電，有風(fēng)不用電時可將電能反饋到電網(wǎng)儲存起來，這樣便可將用電成本大大降低，從而受到廣大用戶歡迎，而這對電廠并無任何損失。但該技術(shù)急需解決電能反饋問題，同時也增加了電網(wǎng)控制難度。但為了節(jié)能，很值得嘗試，希望政府能倡導(dǎo)并加以規(guī)范。　　二是巨型風(fēng)力發(fā)電機問題?！　【扌惋L(fēng)力發(fā)電機本來與電網(wǎng)聯(lián)接，不存在上述問題。但巨型機還有待開發(fā)，我們預(yù)備先進行3千瓦小型機的開發(fā)，待取得經(jīng)驗后再開發(fā)300千瓦的巨型機。這需要投入一定的人力和財力，更需要政府的扶持。　　三是要培養(yǎng)一支技術(shù)力量?！　★L(fēng)力發(fā)電是一門綜合性很強的工程技術(shù)，涉及空氣動力、結(jié)構(gòu)力學(xué)、飛機制造工藝、機械制造工藝、電機工程和自動控制等多種學(xué)科，可以在有條件的高等院校設(shè)置專業(yè)，只招研究生，培養(yǎng)一批技術(shù)人才，以進一步發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的工程技術(shù)。: 回答者：網(wǎng)友

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