專利：“風能領域技術重大革命-CNJT可調速安全智能大功率垂直軸風車風帆”

　　（ 適合陸地、海洋風電、平臺、海洋船舶發電及航行風帆動力）
　　作者：焦兆平
　　發明名稱：CNJT可調速安全智能大功率垂直軸風車風帆
　　專利號：ZL 2012 1 0259968.7         授權公告日：2014年07月30日
　　一、CNJT項目簡介：
　　科學家研究發現，能夠在空中飛行的昆蟲，是因為它們的翅膀奇特的性能，始終推動氣流向下流動，當它們的翅膀從做功到重新做功過程瞬間，在垂直方向能夠盡量將翅膀面積減小成線狀，以減小阻力有效做功，實現自由飛行。
　　借鑒昆蟲和鳥類能夠在空中飛行的仿生科學原理，CNJT將不做功時葉片原截面面積縮小成線狀，極大減小葉片逆風驅動阻力系數，不僅成功地解決了現有垂直軸風車葉片不產生力矩的問題，而且風能利用效率高于水平軸風車。
　　該專利對傳統垂直軸風車的工作原理和結構進行全新改革，克服現有的垂直軸風車葉片不產生力矩，效率低，過速時的速度控制困難。創新點：
　　1、由多只可復合運動智能葉片組成，通過減小不做功葉片面積的技術方案獲得做功力矩。
　　2、在風暴來臨時，運用減少風車做功活動葉片的工作面積的原理，卸掉兩側葉片風載荷，通過智能葉片調速或停機確保風車風帆安全。
　　3、風能利用效率高于水平軸風車。
　　4、結構簡單、可靠、高效，節省投資。
　　5、由于CNJT的高效率及可調速運行的安全性能，特別適合海上規模風電；海洋獨立采油平臺、海洋島嶼（駐島等部隊）發電使用。
　　6、無需尾翼和對風裝置，適合海洋船舶發電，做為船舶風帆可以帶動螺旋槳做功，節省大量的船用燃油。
　　二、CNJT經濟效益：
　　◎根據測算：風能利用效率每提高一個百分點，將會帶來數億元的經濟效益。
　　◎CNJT風機1.5MW/臺制造價格與目前市場1.5MW/臺水平軸風機價格相比較，預計低32%。
　　◎根據《中國風電發展路線圖2050》，到2050年，我國風電裝機將達到10億千瓦，在電源
　　結構中約占26%，國內風電開發投資將達12萬億元；如果1MW以上風機開發投資10萬億元，
　　并大量采用CNJT風車可以降低32%的投資，將可以為國家節省風電開發投資達3.2萬億元。
　　三、CNJT是JT“智能大功率風車”的升級版
　　由于JT“智能大功率風車”實用新型專利 ZL 2008 2 0139674.X不僅使改進后的垂直軸型風車葉片能夠獲得高效做功力矩，而且使JT風能利用效率高于水平軸風車。國家發展和改革委員會中國經貿導刊雜志社 兩次將“智能大功率風車”入選：
　　《國家重點高新技術項目匯編》2011年8月18日出版.
　　《重點高新技術項目匯編》2012年2月10日出版。
　　中國科學技術信息研究所對“智能大功率風車”項目進行科技查新，2012年３月７日完成并提出科技查新。報告編號：20121100100058  查新結論：經文獻檢索，未見有與查新點所述的這種智能大功率垂直軸風車結構特征完全相同的公開文獻報道。
　　四、CNJT結構特點：
　　CNJT 風車風帆葉片由柔性逆止葉片，或由可以復合運動的活動葉片組成（可以雙向向上打開近90度或側向打開近90度，或移動、壓縮、折疊、卷起、調整角度構成），風車風帆框架的窗框或窗框和葉片整體可以折疊（可以移動），風車框架上附屬物（可以旋轉移動、伸縮），或者承載網、線，可以沿著框架邊緣移動、壓縮、折疊或卷起。
　　五、CNJT工作原理：
　　將不做功時葉片原截面面積縮小成線狀，極大減小葉片逆風驅動阻力系數，成功地解決了現有垂直軸風車葉片不產生力矩的問題，可以成倍增加了風車單組葉片做功的效率； 在風暴來臨時，運用減少風車做功活動葉片的工作面積的原理，卸掉兩側葉片風載荷的技術方案，達到降低轉速或停機確保風車安全目的。
以下僅選其中2例說明：（詳細請檢索ZL 2012 1 0259968.7）
　　1、風車風帆葉片結構：葉片由柔性材料制成、柔性葉片設計布置由多個多邊形構成僅能單向通過氣流的窗口，當葉片一側逆止氣流迎風做功時，另一側不做功葉片會在風力的作用下可以自動允許氣流通過，使葉片截面面積縮小成線狀，獲得做功力矩（圖 1）；在風暴來臨時，可以卸掉兩側葉片風載荷，讓柔性葉片卷起、氣流會穿過框架（圖 2）。 　　2、風車風帆葉片可以雙向向上打開近90度，在正常情況下風車框架上承載網、線承載葉片做功，獲得做功力矩，風另一側不做功葉片會在風力的作用下可以向上打開近90度，自動允許氣流通過，使葉片截面面積縮小成線狀（圖 3）；在風暴來臨時，運用卸掉兩側葉片風載荷的技術方案，風車框架上承載網、線可以沿著框架邊緣移動、折疊或卷起，不再承載葉片做功，葉片雙向向上打開近90度，氣流會穿過框架，卸掉風載荷（圖 4、5）。 　　六、CNJT的技術特點：
　　1、CNJT解決了垂直軸風車不產生力矩和效率低的問題。
　　2、CNJT解決了垂直軸風車過速時的速度控制困難.
　　3、CNJT對貝茨理論進行了補充：
　　“貝茨理論提供了獲取風能的有效途徑，即提高風速，加大葉片掃掠面積。”《風力發電》化學工業出版社  68頁。
　　CNJT對貝茨理論進行了補充：提高葉片做功有效截面積和葉片風能利用效率將是獲取風能的最重要、最有效途徑。 　　同時也符合風能功率定律：
　　根據：單位時間內垂直流過截面Ｆ的空氣，擁有的做功的能力稱為風能的功率（W）：
　　W＝1/2pFv³
　　其中：空氣密度為p、速度為v、截面積為F，
　　風能E＝1/2pFtv³
　　表示在時間t內流過截面F的風能。
　　風能功率的大小與風速的立方成正比，也與流動空氣的密度和垂直流過面積成正比。
　　4、CNJT無需尾翼和對風裝置，任何方向來風都可以使風車做功，做為船用動力可以發電，做為船舶風帆可以帶動螺旋槳做功，節省大量的船用燃油。
　　5、CNJT塔架設計簡單，發電機和變速箱能安裝在地上，易于維護和維修。從而綜合降低制造成本32%。
　　七、◎ CNJT風能利用效率、結構、性能及制造成本優于美國桑迪亞國家實驗室正在開發研究“豎軸風力發電機”：
根據2012-11-14 OFweek 風電網,《海微風發電：豎軸風機是技術關鍵》文。(可搜索)
　　美能源部的支持下，桑迪亞國家實驗室目前在為美國近海風能發電機系統開發先進的轉子技術，此項為期5年、投資達410萬美元的研究始于今年2012年1月。
　　桑迪亞國家實驗室研究項目的第一階段為期2年，其包括開發幾種概念設計。在這個階段，研究人員將分析各種類型的氣動彈性轉子設計。然而，早期中意的轉子類型是達里厄設計。難題：
　　1、大型近海豎軸風力發電機的葉片（達里厄型）長度超過300米后，葉片的制造成本將超過陸基風力發電機葉片的制造成本。  2、豎軸風力發電機的葉片（達里厄型）具有十分復雜的弧形表面，其生產難度高。   3、另一個挑戰則是制動系統。
　　結論：
　　1、風能利用效率： CNJT的風能利用效率大幅度高于美國桑迪亞國家實驗室——達里厄型（升力型）豎軸風力發電機。同時在風暴來臨時， CNJT有良好制動系統可以確保風車風帆安全。
　　2、結構簡單、可靠、高效，節省投資：CNJT由于葉片不具有十分復雜的弧形表面，其生產難度不高；同時也可以采用柔性葉片，因此葉片的制造成本低于美國桑迪亞國家實驗室——豎軸風力發電機葉片（達里厄型）制造成本，具有更高的經濟效益。
　　3、在美國、南非等國家還未發現類似CNJT結構特征的風車。
　　4、CNJT可調速安全智能大功率垂直軸風車風帆不僅將是世界上風能利用效率領先，而且是可調速運行最安全的風車風帆。
　　說明： 可以在電腦上搜索：“CNJT可調速安全智能大功率垂直軸風車風帆”詳細資料
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