世紀(jì)風(fēng)能風(fēng)電新技術(shù)全自動多葉片變角調(diào)速風(fēng)輪

　　調(diào)速風(fēng)輪 
　　序言
　　世界能源消耗越來越嚴(yán)重，不可再生能源儲量越來越少，能源危機(jī)一步一步向我們邁進(jìn)，“節(jié)能、環(huán)保”已經(jīng)成為人們最關(guān)注的話題。可再生能源的開發(fā)與利用也日益成為世界各國研究的主要方向，我國也早在多年前就提出了可持續(xù)發(fā)展道路，各界知識分子、專家學(xué)者也紛紛用自己的智慧在這個方向上奮斗著。風(fēng)能、太陽能、生物智能紛紛登上歷史舞臺。
　　一、我國的能源供應(yīng)和環(huán)境保護(hù)現(xiàn)狀與對策
　　回顧我國在“十五”期間經(jīng)濟(jì)的高速增長，很大程度上是靠過度消耗能源和增加環(huán)境負(fù)擔(dān)實(shí)現(xiàn)的。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示2004年GDP增長為9.7%，但能源消耗增長高達(dá)17.4%，給我國能源供應(yīng)和環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生巨大壓力。針對這種現(xiàn)狀，我國在《“十一五”規(guī)劃建設(shè)》中明確提出“加快風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等可再生能源開發(fā)利用，強(qiáng)調(diào)大力節(jié)約能源資源。要求“十一五”期間單位GDP能耗比“十五”期末降低20%左右，積極發(fā)展新能源和可再生能源成為可持續(xù)發(fā)展的重要保證。風(fēng)能作為可再生能源得到了迅猛的發(fā)展。
　　二、我國風(fēng)能儲量
　　我國有豐富的風(fēng)能資源，據(jù)初步測算，在陸地離地面10M高度處，我國可開發(fā)風(fēng)能儲量為2.53億千瓦，海上可開發(fā)儲能為7.5億千瓦。風(fēng)電資源是新能源中發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮目稍谏茉矗踩找姘l(fā)揮著重要的作用。正式這樣巨大的發(fā)展前景與巨大的社會效益和商業(yè)價值，促使風(fēng)電設(shè)備制造企業(yè)與應(yīng)用企業(yè)迅速成長起來。
　　三、我國風(fēng)電歷史與目前風(fēng)電市場現(xiàn)狀
我國早在上世紀(jì)八十年代北京聯(lián)合收割機(jī)總廠便已經(jīng)生產(chǎn)了FD1.6-50型兩扇葉帶偏航裝置的三項(xiàng)交流永磁式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。該發(fā)電機(jī)可輸出14伏的直流電可以供遠(yuǎn)離供電網(wǎng)、交通不便、具有風(fēng)力資源的牧區(qū)、農(nóng)村、山區(qū)海島居民照明、收聽廣播、通訊等應(yīng)用。
　　近幾年隨著風(fēng)能的發(fā)展，風(fēng)電設(shè)備市場日益火熱起來，風(fēng)電企業(yè)間的競爭也越來越激烈。2004年以前國內(nèi)只有6家風(fēng)電企業(yè)，但是到了2007年底較有規(guī)模的企業(yè)已經(jīng)達(dá)到40家左右，這就是行業(yè)增長太快導(dǎo)致的結(jié)果。現(xiàn)在風(fēng)電行業(yè)正處于一個高速發(fā)展的時期，業(yè)內(nèi)的競爭格局也在不斷發(fā)生變化。在2006年以前的整體，運(yùn)動性質(zhì)截然相反，是不能相提并論的。
其二，“三葉片風(fēng)輪”的葉片幾何形狀不合理，導(dǎo)致葉片本體產(chǎn)生力矩?fù)p失嚴(yán)重
　　1、葉片迎風(fēng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩原理，是一種典型的“重心”在中間的一種“杠桿原理”。葉片頂部上的點(diǎn)一定是迎風(fēng)產(chǎn)生力矩的值最大，而根部上的點(diǎn)一定是迎風(fēng)產(chǎn)生力矩值最小的，葉頂處的施力是極具利用價值的。所以，設(shè)計(jì)葉片時，在條件允許的情況下，葉頂部應(yīng)設(shè)計(jì)的盡量寬一些，以便使葉片更有效地利用風(fēng)能在葉頂部產(chǎn)生的力矩。
　　2、因葉片是繞軸旋轉(zhuǎn)的，所以距離軸心越近的點(diǎn)的運(yùn)行軌跡周長越短市場份額中，外資企業(yè)占有相當(dāng)大的優(yōu)勢，然而到2007年底國內(nèi)企業(yè)的市場份額已經(jīng)達(dá)到56%，超出了外商的44%。國內(nèi)的企業(yè)也已經(jīng)從過去的一枝獨(dú)秀改變成了諸侯割據(jù)的局面。但是，從外資和內(nèi)資實(shí)力對比來看，我國風(fēng)機(jī)制造業(yè)內(nèi)資實(shí)力仍然比較弱，無論在技術(shù)還是在產(chǎn)品質(zhì)量上同國外制造商都存在差距。目前，我國僅在600KW、750KW及以下風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了完全的國產(chǎn)化，世界上的主流機(jī)型MW級風(fēng)機(jī)仍然處于試用和推廣階段。
　　由于我國風(fēng)機(jī)制造同國外先進(jìn)水平的差距，我國國內(nèi)風(fēng)機(jī)制造主要通過引進(jìn)國外技術(shù)、合資等方式進(jìn)行生產(chǎn)，以實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。國內(nèi)主要的風(fēng)機(jī)制造企業(yè)仍未具備獨(dú)立開發(fā)設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)特別是大容量風(fēng)機(jī)的能力。風(fēng)電設(shè)備的研究創(chuàng)新工作十分艱巨。
　　四、 傳統(tǒng)“三葉片風(fēng)輪”技術(shù)存在誤區(qū)
　　大家都知道風(fēng)輪和葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)獲取風(fēng)能的動力獲取機(jī)構(gòu)，風(fēng)輪獲取風(fēng)能的能力將直接影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率。目前，市場上的風(fēng)輪和葉片主要是引進(jìn)的西方傳統(tǒng)的“三葉片風(fēng)輪”技術(shù)。該技術(shù)雖然是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的傳統(tǒng)理論，但是隨著風(fēng)電領(lǐng)域有識之士與專家學(xué)者的多年研究試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該理論存在很大誤區(qū)。“三葉片風(fēng)輪”技術(shù)存在以下錯誤觀念：
其一，由于受前蘇聯(lián)（1931）參考直升機(jī)螺旋槳制造的一臺大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的影響，“三葉片風(fēng)輪”的設(shè)計(jì)一直搬用直升機(jī)螺旋漿的設(shè)計(jì)理論為其所用。其實(shí)螺旋漿的機(jī)械原理和風(fēng)輪的機(jī)械原理是有本質(zhì)上的區(qū)別的。
 　　風(fēng)輪的設(shè)計(jì)目的是為了利用流動的空氣的動能而得到帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能；螺旋漿的設(shè)計(jì)目的是為了克服地心引力而利用空氣的浮力。風(fēng)輪本體的運(yùn)動性質(zhì)是葉片控制輪軸旋轉(zhuǎn)，葉片是主動、輪軸是被動；螺旋槳本體的運(yùn)動性質(zhì)是與風(fēng)輪恰恰相反，是輪軸控制葉片旋轉(zhuǎn)，輪軸是主動的，葉片是被動。這兩種機(jī)械的設(shè)計(jì)目的不同，距離軸心越遠(yuǎn)的點(diǎn)的運(yùn)行軌跡周長越長。因此，在風(fēng)輪迎風(fēng)旋轉(zhuǎn)時，距離軸心越近的點(diǎn)的線速度越低，距離軸心越遠(yuǎn)的點(diǎn)的線速度越高，根據(jù)這種風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時的圓周運(yùn)動特性，所以說，葉片形狀應(yīng)該越靠近軸心處越窄，距離軸心越遠(yuǎn)處應(yīng)該越寬。即葉片每一點(diǎn)的寬度應(yīng)與這個點(diǎn)的線速度相吻合，葉片頂部越寬其獲得的風(fēng)能也將越大，風(fēng)的利用率也會提高。