世紀風能風電新技術(shù)全自動多葉片變角調(diào)速風輪

　　調(diào)速風輪 
　　序言
　　世界能源消耗越來越嚴重，不可再生能源儲量越來越少，能源危機一步一步向我們邁進，“節(jié)能、環(huán)保”已經(jīng)成為人們最關(guān)注的話題?？稍偕茉吹拈_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、專家學者也紛紛用自己的智慧在這個方向上奮斗著。風能、太陽能、生物智能紛紛登上歷史舞臺。
　　一、我國的能源供應和環(huán)境保護現(xiàn)狀與對策
　　回顧我國在“十五”期間經(jīng)濟的高速增長，很大程度上是靠過度消耗能源和增加環(huán)境負擔實現(xiàn)的。據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示2004年GDP增長為9.7%，但能源消耗增長高達17.4%，給我國能源供應和環(huán)境保護產(chǎn)生巨大壓力。針對這種現(xiàn)狀，我國在《“十一五”規(guī)劃建設》中明確提出“加快風能、太陽能、生物質(zhì)能等可再生能源開發(fā)利用，強調(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。風能作為可再生能源得到了迅猛的發(fā)展。
　　二、我國風能儲量
　　我國有豐富的風能資源，據(jù)初步測算，在陸地離地面10M高度處，我國可開發(fā)風能儲量為2.53億千瓦，海上可開發(fā)儲能為7.5億千瓦。風電資源是新能源中發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮目稍谏茉?，也日益發(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，促使風電設備制造企業(yè)與應用企業(yè)迅速成長起來。
　　三、我國風電歷史與目前風電市場現(xiàn)狀
我國早在上世紀八十年代北京聯(lián)合收割機總廠便已經(jīng)生產(chǎn)了FD1.6-50型兩扇葉帶偏航裝置的三項交流永磁式風力發(fā)電機組。該發(fā)電機可輸出14伏的直流電可以供遠離供電網(wǎng)、交通不便、具有風力資源的牧區(qū)、農(nóng)村、山區(qū)海島居民照明、收聽廣播、通訊等應用。
　　近幾年隨著風能的發(fā)展，風電設備市場日益火熱起來，風電企業(yè)間的競爭也越來越激烈。2004年以前國內(nèi)只有6家風電企業(yè)，但是到了2007年底較有規(guī)模的企業(yè)已經(jīng)達到40家左右，這就是行業(yè)增長太快導致的結(jié)果?，F(xiàn)在風電行業(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，運動性質(zhì)截然相反，是不能相提并論的。
其二，“三葉片風輪”的葉片幾何形狀不合理，導致葉片本體產(chǎn)生力矩損失嚴重
　　1、葉片迎風產(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”。葉片頂部上的點一定是迎風產(chǎn)生力矩的值最大，而根部上的點一定是迎風產(chǎn)生力矩值最小的，葉頂處的施力是極具利用價值的。所以，設計葉片時，在條件允許的情況下，葉頂部應設計的盡量寬一些，以便使葉片更有效地利用風能在葉頂部產(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的運行軌跡周長越短市場份額中，外資企業(yè)占有相當大的優(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)從過去的一枝獨秀改變成了諸侯割據(jù)的局面。但是，從外資和內(nèi)資實力對比來看，我國風機制造業(yè)內(nèi)資實力仍然比較弱，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及以下風機實現(xiàn)了完全的國產(chǎn)化，世界上的主流機型MW級風機仍然處于試用和推廣階段。
　　由于我國風機制造同國外先進水平的差距，我國國內(nèi)風機制造主要通過引進國外技術(shù)、合資等方式進行生產(chǎn)，以實現(xiàn)跨越式發(fā)展。國內(nèi)主要的風機制造企業(yè)仍未具備獨立開發(fā)設計風機特別是大容量風機的能力。風電設備的研究創(chuàng)新工作十分艱巨。
　　四、 傳統(tǒng)“三葉片風輪”技術(shù)存在誤區(qū)
　　大家都知道風輪和葉片是風力發(fā)電機獲取風能的動力獲取機構(gòu)，風輪獲取風能的能力將直接影響風力發(fā)電機的發(fā)電效率。目前，市場上的風輪和葉片主要是引進的西方傳統(tǒng)的“三葉片風輪”技術(shù)。該技術(shù)雖然是風力發(fā)電機的傳統(tǒng)理論，但是隨著風電領(lǐng)域有識之士與專家學者的多年研究試驗，發(fā)現(xiàn)該理論存在很大誤區(qū)。“三葉片風輪”技術(shù)存在以下錯誤觀念：
其一，由于受前蘇聯(lián)（1931）參考直升機螺旋槳制造的一臺大型風力發(fā)電機的影響，“三葉片風輪”的設計一直搬用直升機螺旋漿的設計理論為其所用。其實螺旋漿的機械原理和風輪的機械原理是有本質(zhì)上的區(qū)別的。
 　　風輪的設計目的是為了利用流動的空氣的動能而得到帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)的機械能；螺旋漿的設計目的是為了克服地心引力而利用空氣的浮力。風輪本體的運動性質(zhì)是葉片控制輪軸旋轉(zhuǎn)，葉片是主動、輪軸是被動；螺旋槳本體的運動性質(zhì)是與風輪恰恰相反，是輪軸控制葉片旋轉(zhuǎn)，輪軸是主動的，葉片是被動。這兩種機械的設計目的不同，距離軸心越遠的點的運行軌跡周長越長。因此，在風輪迎風旋轉(zhuǎn)時，距離軸心越近的點的線速度越低，距離軸心越遠的點的線速度越高，根據(jù)這種風輪旋轉(zhuǎn)時的圓周運動特性，所以說，葉片形狀應該越靠近軸心處越窄，距離軸心越遠處應該越寬。即葉片每一點的寬度應與這個點的線速度相吻合，葉片頂部越寬其獲得的風能也將越大，風的利用率也會提高。