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【工业之美】脑洞大开的“异形”风力发电机 能适应极端天气和超低风速

有别于传统形态的风机叶片,这些风力发电机不但造型奇特,测试性能也超乎寻常。

随着近年来风力发电规模的扩大,一些小型的初创公司陆续推出了造型不同寻常的的风力发电机。

近日,Airgenesis LLC与加拿大安大略省金斯敦的M2Miling投资公司建立合作伙伴关系,在全球合作制造和销售5MW双转子风力发电机组。样机的制造与测试预计将于2017年底或2018年初在爱德华王子岛进行。

双转子风机示意图。来源:Airgenesis LLC

Airgenesis表示,该双转子风电机组将使用两个风轮直径相同的转子,两个风轮同向转动,相位角偏差30°。

据风电行业从业者盖峰介绍,从设计思路上看,同向转动和相位角存在偏差的风轮,能够使得后排风轮免受前排尾流的周期性影响,避免振动和效率衰减。但是双转子风机的效率究竟如何,还需要等样机投入使用才能判断。

按照Airgenesis官网2012年公布的设计资料,双转子风机设计时的单机容量为11MW,设计轮毂高度为78-93米,额定风速16.7m/s,切入和切出风速分别为3m/s和40m/s。经过测试,该风机单机发电量可以达到传统风机的3倍。同时,每MW75万美元的造价也远低于传统风机。

目前,该设计已在美国、澳大利亚等多个国家取得专利。

除了双转子风机,总部位于雷克雅未克的冰岛创业公司IceWind研发出了一种几乎不用维护的小型垂直轴风力发电机。

IceWind风机。来源:IceWind

IceWind的风力发电机是由不锈钢、碳纤维和高强度铝合金制造而成,现已设计并生产出两种产品,分别应对极端气候和低风速地区。公司资料显示,该风机设计使用年限为30年,可以在风速为2m/s-50m/s的环境下工作。

不同于体积巨大的传统风机,IceWind风机可以安装在住宅、农场、甚至巴士站顶棚上。同时IceWind表示,该风机运行过程中发出的噪音低于35分贝,这样的设计有助于风机和自然环境更好地融合在一起。

可以与自然更好融合的IceWind风机。来源:IceWind

据中国驻冰岛使馆网站消息,2016年,IceWind设计的第一个风电公交车站已在雷克雅未克国家音乐中心附近投入使用。该车站顶部安装了风力发电机,为车站照明、无线网络、小型电子产品充电设备提供电力。

风电公交车站。来源:IceWind

IceWind风机的设计灵感来源于风速表。2009年,该公司使用玻璃纤维制造出了第一台IceWind风机,在测试过程中发现这种风机能够很好地适应低风速环境。随后,研究团队开始使用不锈钢和铝合金制造风机,经过近五年的优化测试,公司于2014年推出了1KW风机。目前IceWind公司的资助机构包括欧盟和冰岛金融机构Íslandsbanki等。

除了上面两种风机,日本工程公司Challenergy也曾推出过全球首个新型台风涡轮机,该款风力涡轮机的主体由三个独立的垂直圆柱体构成。

安装在冲绳测试场的台风涡轮机。来源:Challenergy Inc.

研究人员表示,这样的设计保证涡轮机可捕获到多个方向的风,与之形成对比的是,传统风机往往受限于单一风向。同时,紧凑的设计让工程师可以通过收紧中心杆来调整叶片速度,以确保它们在风暴中不会旋转失控。

Challenergy团队于2015年7月完成了台风涡轮机的模拟测试,并实现了30%的效率。

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