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“打蛋器”也能,风力发电?真是涨见识了

 

风力发电机

除了传统的三叶片水平轴风力机之外,还有一种外形类似于“打蛋器”的垂直轴风力机,分为分为弯叶片和直叶片两类,二者在美国和加拿大外均有应用。弯叶片的制作成本高、制作难度大。

而直叶片一般采用横担式拉索支撑,以防止离心力引起大的弯曲时应力,但这些支撑会产生额外的气动阻力,降低效率,另外,它的起动性能也略有不足。

打蛋器

外表上,达里厄风力机和水平轴风力机大相径庭,实际上,由于两种机组均依赖于叶片横截面的翼型提供的升力进行驱动,在原理上可谓是“异曲同工”。H形达里厄风力机的风轮由两片与转轴平行的叶片组成,叶片横截面为具有流线型外形的对称翼型,以相反方向安装在风力机转轴两侧。

风从左侧吹向右方,叶片横截面翼型产生的升阻力带动风轮旋转。除了在0°与180°位置,叶片在其它六个位置上受到的升力均能在运动方向产生转矩。风始终推动风轮朝同一个方向旋转,这就是达里厄风力机可以在任何风向的风力下运行的原因。

H型风力机运行原理图 (图片来源:作者自制)

迈入21世纪后,为了捕获更多的风能以降低单位发电成本,水平轴风电机的尺寸逐步增大。与此同时,“高塔架长叶片”的超大型机组的缺陷日益突显,除了存在运行维护成本高等固有短板外,其还会显著影响生态环境。垂直轴风力机重新走进人们的视野,兴起了达里厄风力机研究的浪潮。

直叶片的达里厄风力发电机(图片来源;鹏芃科艺网)

根据当前海上风电的开发趋势,预计水深超过60米的深海区域有高达2000 GW 的海上风能容量。数据表明,它在深海环境中具有更低的建造、运行和维护成本等更为显著的优势。

为了充分激发垂直轴风力机的潜能,研发人员基于长期应用技术的积累以及先进的数值分析工具,提出了一款全新的V形达里厄风力机,在不久的未来,我们可以看到这种令人耳目一新的新型风力发电机。

外观新颖的V形达里厄海上风力发电机概念图(图片来源:Aerogenerator公司)

虽然在20世纪初期的陆地争夺战中达里厄风力机以失败收场,但种种特性表明其在海上具有巨大的潜在竞争力。不过,想要在漫长的蛰伏期后迅速成长起来,焕发生命的第二春,并与主流的水平轴风力机分庭抗礼,垂直轴风力机还有很长的路要走。

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