基本信息
- 項目名稱：
- 三戟立軸風輪微風發(fā)電系統(tǒng)
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 三戟立軸微風發(fā)電系統(tǒng)是在國家發(fā)明專利基礎上進行優(yōu)化而研制出的原創(chuàng)科技產(chǎn)品。其由風輪總成、傳動裝置、發(fā)電機、負載和測試電路等組成。采用全新的三戟內(nèi)腔二次驅動風能傳遞技術，創(chuàng)立了與三戟立軸風輪同軸的具有交變磁路結構的低速永磁風力發(fā)電技術，改善了傳統(tǒng)的葉片式結構、懸臂梁受力狀態(tài)、傳動裝置的加工瓶頸等技術和加工及維護難題。使得立軸風力發(fā)電機具有更加廣闊的應用前景。
- 詳細介紹：
- 本作品是在河科大系統(tǒng)科學與工程研究所獲得省科技成果（9412009Y0420）的基礎上，對已授權國家發(fā)明專利（ZL 2008 1 00495174）進行不斷的技術完善、功能改進和結構優(yōu)化而研制出的原創(chuàng)科技產(chǎn)品原型。三戟立軸微風發(fā)電系統(tǒng)由風輪總成、傳動裝置、發(fā)電機、負載和測試電路等組成。本創(chuàng)新作品改善了傳統(tǒng)的葉片式結構、懸臂梁受力狀態(tài)、傳動裝置的加工瓶頸等技術、加工和維護難題。采用全新的三戟內(nèi)腔二次風能傳遞技術為垂直軸風輪風能傳遞提供了新的設計理念和技術手段；根據(jù)永磁發(fā)電原理創(chuàng)立了與三戟立軸風輪同軸的具有交變磁路結構的低速永磁風力發(fā)電技術，為低速永磁發(fā)電提供了新的設計思路和方法，使得立軸風力發(fā)電機具有更加廣闊的應用前景。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 目的：通過流體力學分析和風洞實驗，研發(fā)出一套能夠利用微風發(fā)電的三戟立軸風輪風力發(fā)電系統(tǒng)，并應用于工程實際中。 基本思路： 根據(jù)流體力學理論、永磁發(fā)電原理和能量傳遞機理對風輪進行優(yōu)化，并對系統(tǒng)的傳動方式和其他部件進行合理設計，捕捉最大風能點，實現(xiàn)風能-機械能-電能較高的轉化效率，從而提高總的風能利用率。 創(chuàng)新點：在風輪迎風凹面板處導入風能集流通道而形成三戟形閉合腔內(nèi)部的二次風能驅動，最大限度利用有效風能，彌補了傳統(tǒng)薩布紐斯式垂直軸風輪的不足，提高風能利用率。 技術關鍵：通過三戟立軸風輪原創(chuàng)性設計和結構尺寸的優(yōu)化來解決傳統(tǒng)阻力型垂直軸風輪風能利用率低的問題，提高風能利用率。 主要技術指標： 1.通過對三戟風輪參數(shù)（凹面曲率半徑R1、凸面曲率半徑R2、風能集流通道長度及位置）的優(yōu)化達到最高的風能利用率。 2.通過指導踐行分析使得系統(tǒng)輸出功率最大。
科學性、先進性
- 本項目研發(fā)的三戟立軸風輪的葉輪在旋轉的過程中，其受力情況優(yōu)越于水平軸風機，由于慣性力與重力的方向始終不變,所受載荷變化幅度小,因此疲勞壽命要比水平軸風輪長。從空氣動力學上分析,物體速度越快,外形對流場的影響越大。對于水平軸風輪來講,當風力發(fā)電機在戶外運行時,葉片上不可避免的受到污染,這種污染有可能改變?nèi)~片的形狀甚至損壞葉片。同時這種外形變化即使非常微小,也大幅度地降低了風輪的風能利用率。而三戟立軸風輪由于設計剛度高、對外界敏感程度低,使得風輪的氣動性能保持良好狀態(tài)且延長了風機的使用壽命。 三戟立軸風輪與三葉風能傳遞腔式風輪相比具有更高的功率系數(shù)，且結構簡單、造型美觀、運行可靠。三戟立軸風輪的主要幾何構件僅為簡單板件和盤形板件，風輪本身沒有任何動件，運動中也不需配備任何其它調(diào)整機構，安裝維護方便，相對于傳統(tǒng)的水平軸風力發(fā)電機，三戟立軸風輪具有設計方法先進、風能利用率高、起動風速低、無噪聲等眾多優(yōu)點。
獲獎情況及鑒定結果
- 本項目的前期研究于2008年10月通過河南省科學技術廳組織的科技成果鑒定，鑒定結果為：“該研究在三戟消渦垂直軸風輪結構、低速永磁風力發(fā)電技術和電壓控制器等方面均有原始創(chuàng)新，達到同研究領域國際領先水平”。2009年河南省科技成果登記：9412009Y0420。 2011年河南省第九屆“挑戰(zhàn)杯”競賽中榮獲一等獎。
作品所處階段
- 中試階段
技術轉讓方式
- 自行設計研發(fā)風力發(fā)電機產(chǎn)品，直接銷售市場。
作品可展示的形式
- 模型和現(xiàn)場演示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 使用說明：外來風能進入集流通道,戟型蓋板和風葉板組合閉合腔。氣流將從集流通道流入閉合腔，經(jīng)過內(nèi)腔二次驅動,增大風輪的驅動力矩。風輪通過齒輪傳動帶動發(fā)電機發(fā)電。 技術特點：1、本作品逾越了阻力型風輪的先天性缺陷，開創(chuàng)了阻力型風輪風能傳遞新的途徑和技術手段，研發(fā)出了相應的風能傳遞裝置。2、本項目使用了具有自主知識產(chǎn)權的新型簡捷型風洞試驗裝置，可以模擬不同工況下的結構參數(shù)優(yōu)化的垂直軸風輪的動力學特性。3、三戟立軸內(nèi)腔二次驅動風能傳遞技術具有渦流損失低、功率系數(shù)高、結構簡單、運行可靠和外形美觀等優(yōu)點。 適用范圍和推廣前景：適用于邊防哨所、牧民家庭、海島用戶以及公共供電事業(yè)中發(fā)揮作用，如: 1、庭園風電照明系統(tǒng)（10～90W） 2、路燈風電照明系統(tǒng)（100～500W） 3、微網(wǎng)風力供電系統(tǒng)（1000～5000W） 市場分析和經(jīng)濟效益預測：此裝置的問世具有革命性創(chuàng)新。如果按輸出功率為3KW、單價為2.1萬元的小型風機裝置、年產(chǎn)量為2000臺的規(guī)模來生產(chǎn)，風機制造產(chǎn)值將達到四千萬。
同類課題研究水平概述
- 國內(nèi)外同類課題研究水平 近年來，垂直軸風力機的研究取得了極大的進展，很多形象各異的商用小型垂直軸風力機(Vertical AxisWind Turbines,VAWT)已成功投入市場。國外大的公司有加拿大的Cleanfield Energy公司，主導產(chǎn)品是額定功率為3.5kW，升力型葉輪風力發(fā)電機，整套系統(tǒng)由玻璃鋼纖維和鋼材組成，約重181.4kg，葉輪高3m，輪輻直徑2.5m；美國Mag-Wing公司，主導產(chǎn)品MW1100的額定功率為5kW，額定風速12.5m/s，發(fā)電量在平均風速5.8 m/s 的條件下為1100 kWh/月，該機啟動風速低于2.3m/s，最高風速45m/s；美國PacWind公司，整套系統(tǒng)的葉輪高1.22m，直徑0.76m，重2.7kg，葉輪轉速0~1200轉/min，發(fā)電機高0.15m，直徑0.45m，質量3.6kg。 2006年7月，中國垂直軸風力發(fā)電機試驗基地在內(nèi)蒙古化德縣正式啟動運行，由國務院三峽辦牽頭組織，哈爾濱工程大學，中國航天研究三院，哈爾濱電機集團公司，河南許昌繼電器廠等單位參與研制開發(fā)的垂直軸風力發(fā)電機組是我國自主研發(fā)，擁有自主知識產(chǎn)權的新型風力發(fā)電機組。與常規(guī)的水平軸風力發(fā)電機組相比，單位千瓦能力投資可下降50%左右，且具有地面維護，易檢修，壽命長等特點。麟風風電設備公司主導產(chǎn)品為H 型垂直軸風力發(fā)電機，該公司在大型垂直軸風機上采用了變“攻角”技術,該技術使垂直軸風力發(fā)電機的風輪在轉動過程中,當葉片處于不同位置時根據(jù)風速、風向的變化情況，使葉片的“攻角”保持受控變化，使其始終處在最佳的“攻角”位置，從而達到最大的風能利用率。這項技術在世界上首次使大型升力型垂直軸風力發(fā)電機在風速為2m/s時就可以帶負載自啟動，同時在額定風速下獲得比水平軸風力機更高的風能利用率。而且在高風速環(huán)境下運行噪聲小，在風速超過額定風速后繼續(xù)保持穩(wěn)定的輸出功率。這將使大型垂直軸風力發(fā)電機具有比大型水平軸風力發(fā)電機更高的商業(yè)開發(fā)價值。 面對復雜的工程實際應用，項目組成員還將針對作品的工程可用性、實驗數(shù)據(jù)可靠性以及產(chǎn)品適用性等做進一步的探索研究，使作品日趨完善。
