基本信息
- 項目名稱：
- 新型垂直軸風力發(fā)電機
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 新型垂直軸風機采用H型葉片和S型葉片的組合結(jié)構，使用超越離合器連接兩種類型的風葉。低風速時,S型葉片首先開始轉(zhuǎn)動,通過超越離合器帶動H型風葉啟動。隨著風速逐漸增大,H型葉片轉(zhuǎn)速可能超過S型，此時超越離合器發(fā)揮作用，保證兩類葉片同軸異速轉(zhuǎn)動。此設計使風機在具有低啟動風速的同時，具有較高風能利用效率。同時風葉結(jié)構簡單，生產(chǎn)成本低，對風向無特殊要求，很好的切合了城市風電和偏遠地區(qū)的風力發(fā)電要求。
- 詳細介紹：
- 目前應用最廣泛的小型風力發(fā)電機多為水平軸結(jié)構，因其自身的結(jié)構特點，在風向多變和低風速地區(qū)的應用受到了一定限制。本作品采用垂直軸風機結(jié)構，汲取了現(xiàn)有的兩種垂直軸風葉的優(yōu)點。不僅成功克服了水平軸風機無法很好處理的問題，其性能也較一般單翼型垂直軸風機優(yōu)越。 新型風機以H型葉片為主體，在其上方安裝了兩組呈90度排列的S型葉片。兩種類型的葉片使用超越離合器進行連接。當風速較低時，S型葉片可產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩，帶動其下方的H型葉片共同啟動。當達到一定風速時，H型風機的轉(zhuǎn)速將會超過S型。此時超越離合器發(fā)揮作用，使兩種類型的葉片同軸異速轉(zhuǎn)動。新型風機在結(jié)構上的設計使其能夠在低風速下啟動，并且在H型葉片轉(zhuǎn)速較快時兩種葉型的葉片自動分離，從而保證了風機整體擁有較高的風能利用率。 新型風機的安裝簡單，對場地的要求較低，可獨立的在場地進行架設，也可以依附于樓宇、路燈燈桿安裝。對架設處的風向沒有特殊的要求，在風向較為多變的情況下，也仍可以有較高的風能利用效率。其低風速啟動，多風向保持效率的特點很好的切合了城市及偏遠地區(qū)風力發(fā)電的要求，擁有廣闊的市場前景。
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
- 在垂直軸風機葉型中，S型具有較大的啟動轉(zhuǎn)矩，H型具有較高的風能利用率，將兩種葉型的優(yōu)點結(jié)合起來，制作出一種啟動風速低、風能利用率高的新型風力發(fā)電機；創(chuàng)造性的將兩種不同特點的風機葉型按照設計構想進行了組合，并且在兩種葉型之間采用超越離合器結(jié)構進行連接，在技術上保證了其能夠低風速時同速旋轉(zhuǎn)，高風速時異速旋轉(zhuǎn)。
科學性、先進性
- [1]本作品在原理上結(jié)合不同葉型各自的優(yōu)點，較好的解決了H型風機低風速下不能啟動的問題，擴大了風速的利用范圍。 [2]全方位接收來風，可應對風向多變的情況，無需偏航系統(tǒng)和調(diào)向裝置，降低了架機難度和運行成本，同時也提高了總的風能利用率。 根據(jù)《小型垂直軸風力發(fā)電機在國外的新發(fā)展》、《垂直軸風力發(fā)電機的發(fā)展趨勢和應用》等文章可知，現(xiàn)有的技術中主要是通過改變迎風攻角、采用特殊葉型、改進加工工藝以減小摩擦等方式來降低風機的啟動風速提高風能利用率。但是由于這些風機本身的結(jié)構特點，在理論上就限制了啟動風速的進一步降低。 根據(jù)《風力機的理論與設計》一書所提供的方法計算，可得知S風機具有較大的啟動轉(zhuǎn)矩，而我們的作品正是建立此基礎之上，從原理上保證了新型風機的低啟動風速性能。通過超越離合器結(jié)構的應用，使其也繼承了H型垂直風機包括高風能利用率高在內(nèi)的優(yōu)點。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 參加2009年全國電工理論與新技術年會（浙江大學），并作學術發(fā)言，介紹該風力發(fā)電機的初步設計構想 參加2009年第二屆全國大學生創(chuàng)新論壇（東南大學），進行展板展示并作學術發(fā)言，介紹該風力發(fā)電機的結(jié)構以及運行過程 2010年參展了“首屆北京市大學生科學研究與創(chuàng)業(yè)行動計劃項目成果展示與經(jīng)驗交流會”
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉(zhuǎn)讓方式
- 專利實施許可
作品可展示的形式
- 模型、圖紙、圖片、實物
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
- 新型垂直軸風機具有啟動風速低、風能利用率高的特點，能夠在風向不定的情況下持續(xù)穩(wěn)定運行，較一般風機對安裝環(huán)境要求低，適應性強?？梢詰糜谝韵聢龊希? *大型風場應用，適合較大面積，裝機量較大的大型風場 *草原牧區(qū)和邊遠山區(qū)應用，適合于電網(wǎng)無法到達地區(qū)居民用電和哨所用電 *城市基礎設備使用應用，適合用于居民用電，公共設施照明用電等 風機具有低啟動風速，擴大了風能的利用范圍，從而增加了總的發(fā)電量。同時也降低了風機對風速風向的要求，從而使風機對環(huán)境的適應性更強。 我國風能資源豐富，并擁有著大量的常規(guī)電網(wǎng)無法覆蓋的偏遠地區(qū)。在城市中，大量的基礎照明和公共設施的用電正逐漸嘗試由新型能源提供。隨著偏遠地區(qū)居民生活水平的提高和節(jié)能減排戰(zhàn)略的實施，新型垂直軸風機將擁有大量的市場需求。加之風機生產(chǎn)成本較低，商品化后較易占據(jù)一定的市場份額，獲得可觀的經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 垂直軸風力發(fā)電機的研究取得了發(fā)展，很多形象各異的商用小型垂直軸風力發(fā)電機已成功投入市場。國外比較大的公司有加拿大的Cleanfield Energy公司，主導產(chǎn)品：額定功率3.5kW；風輪高度3m，直徑2.5m，升力型翼型；玻璃鋼纖維和鋼材材料；質(zhì)量181.4kg。美國Mag—Wing公司，主導產(chǎn)品（如圖3）：額定功率5kW；額定風速12.5m/s；啟動風速2.3m/s；最高風速45 m/s。美國Pac—Wind公司，主導產(chǎn)品：發(fā)電機高0.15m，直徑0.45m，質(zhì)量3.6kg；風輪高1.22m，直徑0.76，質(zhì)量2.7kg。 國內(nèi)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。該公司在垂直軸風力發(fā)電機上采用了變“攻角”技術，使風輪在轉(zhuǎn)動過程中，根據(jù)風速、風向的變化情況，葉片始終能處于最佳的“攻角”位置，從而提高了風能利用率。 2006年7月22日，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，50kW小樣機組已建成投入運行，且開始發(fā)電。2007年9月，由陜西水電設備公司和哈爾濱發(fā)電設備研究中心聯(lián)合開發(fā)設計的1.5MW垂直軸永磁風力發(fā)電機研制成功，并在張家口風電場安裝運行。該發(fā)電機使用變速恒頻技術，改變了目前風力發(fā)電機齒輪高速易損壞、難維護等缺點。
