將兩項成熟技術合并升華
那么，這種有望“改寫能源產業格局”的神奇技術是基于何種原理?
“這種垂直軸輪轂風力發電機組雖然以前沒有，稱得上是風電領域的一項重大創新，但其技術來源卻是長期應用的工業化成熟技術，是對成熟技術的集成創新。早在1300多年前，中國古人已經做出垂直軸風帆風能動力車;隨著火車客車照明的應用，列車用輪轂發電機也有了100多年的歷史，今天廣泛使用的電力機車、輕軌、動車、高鐵都是這項技術的延伸和發展。”劉杭先說，“所以說，輪轂風力發電技術本身并不神奇，它就是這兩項成熟技術的集成與升華。”
據介紹，該技術的核心是利用輪轂直接對大型垂直軸風力發電機組的線速度進行取電。通常垂直軸風力發電機組總是通過位于圓心位置的發電機進行取電，發電機的轉速就是風力機的轉速。一般來說，垂直軸風力發電機的轉速為同樣功率等級的水平軸風力發電機的一半以下，因此同等功率下，前者的發電機的轉矩將高于后者，這就意味著垂直軸風力發電機的取電成本將居高不下。但實際上，即使在很低的轉速下，大型垂直軸風力發電機組的線速度依然較快，可達到每小時幾十公里至幾百公里。因此，如果采用輪轂發電機直接對垂直軸風力機組的圓周速度進行取電，就可以把發電機的體積設計得較小，以有效降低發電機成本。同時，由于可配置的發電機數量較多，隨著切入風速的變化，還可以選擇部分或者全部的輪轂發電機進行發電，提高方案的靈活性與可靠性。
劉杭先進一步說明道，首先，垂直軸輪轂風力發電機組是利用圓周的線速度來發電，與水平軸風力發電機相比省去了中心高大的鐵塔。其葉片速度和風能的利用速度一樣，按年平均速度11米/秒計算，垂直軸發電機葉片尖速度為每小時40公里。按照同等風速計算，水平軸Vesta sv 164-8MW的葉片尖速度已達308公里。而低速的葉片更有價格優勢。
其次，因為采用輪轂發電，可以把功率分布在多個小型發電機上，可以使發電機的設計和制造成本降低、靈活性提升(50千瓦發電機單價不超過1萬元，推算出1兆瓦發電機總價不超過20萬元)。正因為電機便宜，還可以增加電機數量以增加大風時的制動能力，根據風能變化調整電機數量，從而使得風電機組的成本進一步降低。
欲邁出產業化步伐
“不僅僅是成本大大降低，”劉杭先強調，“垂直軸風力發電機組單機容量做大也變得很容易。和目前的水平軸技術相比，計算其容量增加帶來的成本增加，用的是加法而不是乘法。”
對于該技術的產業化，劉杭先充滿信心。“實際上，我們一開始雖然成功申請了專利，但是心里也確實不踏實，不知道是不是應該投入資金繼續做下去，所以去年年底邀請了來自中國風能協會、中國可再生能源學會風能專業委員會、中國農業機械工業協會風能設備分會、華銳風電、北京鑒衡認證中心的專家對垂直軸輪轂風力發電機組項目進行了評審。”劉杭先告訴記者，“專家充分肯定了這一構想的創新性，并建議要盡快通過仿真分析、原理樣機等方式獲取整機系統數據，在驗證可行性、安全性等問題的基礎上，加快產業化步伐。”
“專家指明了方向，我們更有了做下去的信心，下一步將盡快進入仿真分析階段。”劉杭先說，“設計出適合垂直軸輪轂風力發電機的葉片是完成商業樣機的關鍵，而提高效率擴大單機容量的關鍵也在葉片。”
按照劉杭先的設想，如果進展順利，垂直軸輪轂風力發電機組第一年將建成兆瓦級，第二年建成萬千瓦級，第三年建成十萬千瓦級。“世界最大的三峽水電站單機容量為70萬千瓦，這樣垂直軸輪轂風力發電機組就可以向水電單機容量挑戰了。我國沿海地區無人荒島的利用空間很大，完全可以建設環島風力發電機組，再配合高位儲能電站，供電穩定性將可以和火電站媲美。”劉杭先說。
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