无叶片风力发电机--VORTE.pdf

. VORTEX——没有叶片的风力发电机就是这么酷 一．前言 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风 能约为 2.74 ×10^9MW，其中可利用的风能为 2 ×10^7MW[1]。随着全球经济的发展，所面临的 能源问题和环境问题越来越严峻，使得风能等可再生能源迅速发展起来。根据国家能源局数 据，2014 年中国全部发电设备容量为 1360GW，其中并网风电的容量达到了 95.8GW，也就是 说说，风电装机量在中国发电装机总量当中占据大约 7%的份额。 一般情况下，我们所看见的风力发电机都是水平轴扇叶风机，他们有着很大的风机叶片，以 此来吸收风能并发电。然而，这样的风电机有一些弊端。一个风电场的众多风机之间的排列 需要较大的安全距离，也就是说一块固定大小的地面上能够安装的风电机数量是有限的；另 外，扇叶的旋转也对鸟类带来了危险。 想象一下，一个没有叶片的风机会是什么样纸？它需要更少的材料，成本更低，噪声更 小，对环境友好度更好……关上你的脑洞，来一睹它的风采吧↓↓↓ 1 / 9 . 这个酷炫的没有叶片的风机是由西班牙公司 Vortex Bladeless 开发。无叶片风机 Vortex 的工作原理是利用结构的振荡捕获风的动能，从而利用感应发电机或压电发电机将风的动能 转变成电能输出。该设计理念将减少常规涡轮机中很多零部件的设计与制造，如叶片，机舱， 轮毂，变速器，制动装置，转向系统等，从而使无叶片风机 Vortex 具有无磨损、性价比高、 便于安装和维护、环境友好型及土地利用率高等显著特点。 二． Vortex 的发电原理——卡门涡街 无叶片风机 Vortex 的基本发电原理是卡门涡街，维基百科上这样描述它， “在流体中安 置阻流体，在特定条件下会出现不稳定的边界层分离，阻流体下游的两侧，会产生两道非对 称地排列的旋涡，其中一侧的旋涡循时针方向转动，另一旋涡则反方向旋转，这两排旋涡相 互交错排列，各个旋涡和对面两个旋涡的中间点对齐，如街道两边的街灯般，这种现象，因 匈牙利裔美国空气动力学家西奥多·冯·卡门最先从理论上阐明而得名卡门涡街” [2-3] 。 卡门涡街可以解释许多现象。 1940 年 11 月 7 日美国华盛顿州塔科马海峡吊桥（ Tacoma Narrow Bridge ）崩塌事件。华盛顿州政府特为此而设立专案调查组，经过美国空气动力学家 西奥多·冯·卡门在加州理工学院风洞进行模型测试，证明塔科马海峡吊桥倒塌事件的元凶， 2 / 9 . 是卡门涡街引起吊桥共振。原设计为了求美观及省钱，使用过轻的物料，造成其发生共振的 破坏频率，与卡门涡街接近，从而随强风而剧烈摆动，导致吊桥崩塌。 与一般风机通过涡轮的旋转运动捕捉风能所不同的是， 无叶片风机 Vortex 恰恰是利用了 卡门涡街来实现风能的捕获。 通过利用这种空气动力学的不稳定， 无叶片风机 Vortex 可与风 速“同步”以保持共振，将振荡最大化并进行机械能量的捕获，进而利用该机械能进行发电。 自然地，与传统的涡轮机相比，无叶片风机 Vortex 的设计是完全不同的。 Vortex 的风 机原型主要包括 5 各部分：基础 (foundation) 、固定桅杆 (rod) 、发电机 (generation system) 、 调谐系统 (tuning system) 和椎体 (mast) 。该锥体材质为复合玻璃纤维及碳纤维，让锥体能尽 可能产生最大值振荡，若有足够的风量，空