在風電行業,常見的是大型水平軸類風力發電機,其云集了無數國內外專利,技術已經很成熟。但是,我國在上海杭州灣安裝的5千千瓦(5兆瓦)的水平軸風力發電機已經被稱作超級工程了(見央視一套《超級工程4》),這是世界水平軸風力發電機裝機最大容量了。而垂直軸風力發電機額定輸出功率目前只能達到1兆瓦左右,但是垂直軸風電機卻是風電機大型化較有潛力的發展方向,現在日本﹑英國等國均有垂直軸風電機專門研究所,其中大型垂直軸風電機有兩大至今未解決的難題:1.低轉速發電問題,如50米直徑垂直軸風力機在每秒5米的風速下,轉速每分鐘只有兩圈左右,2.風葉片振動問題,由于力臂長,風葉片又裝在風葉輪輪邊上,即尖速度大,加上長力臂對風葉片的振動放大作用,振動是難免的。可見,就目前技術水平,兩者裝機容量很長時間內都不會有較大的突破。
我已經獲得發明專利權的大型磁懸浮圓軌道風力發電機是風力發電機的另類,可以說是大型風力發電機﹑超大型風力發電機的終極版。其主要由上下裝有強磁鐵軌道做成的圓環形無中軸風葉輪,并且在風葉輪下兩磁軌道中間裝上強磁鐵作為發電機轉子,和上下強磁鐵圓軌道的下磁軌道中間裝上電磁感應組成的發電機定子,兩者進行磁懸浮配合,風葉輪和圓軌道的磁懸浮配合相當于大型磁懸浮推力軸承,在風葉輪上裝上風葉片并能在風的作用下,風葉輪和圓軌道的磁懸浮配合使風葉輪在圓軌道上作無機械磨擦的磁懸浮圓周運動,風葉輪上的強磁鐵和圓磁軌道上的電磁感應圈的相對運動,在無機械磨擦,無機械能轉換的基礎上發電,即風能通過風葉輪上的轉子磁鐵和軌道上的電磁感應圈直接轉換成電能,顯然本發明相對有機械傳遞能量(軸承、齒輪﹑減速器等)的大型發電機能量轉換效率高得多,而且本發明的發電方式是:利用風葉輪尖速度(邊沿線速度)發電,以直徑50米的風葉輪,每秒5米的風速為例,由于風葉片的不同,尖速度也將有所不同,但是轉子和定子之間的相對運動速度最低也可以達到每秒3米以上,這就徹底解決了垂直軸各類大型風力發電機低轉速發電問題。而且,由于風葉輪是由各自獨立的框架(小車狀)串聯而成的,聯接處可以小幅擺動,因為沒有中軸和帶動風葉片的力臂(力臂帶動風葉片有振動擴大效應),在上下磁軌道的約束下完全可以消除風葉片振動等不利因素。由于這些特征,本發明所述的風力發電機直徑可以做得很大,而且可以重疊安裝使用,顯然這將開創風力發電機大型化,超大型化的新途經。我們還是以直徑50米的風葉輪為例,每層裝機容量可達500千瓦,如果安裝20層有效層,這樣發電量就可以達到10兆瓦,如果按1500千瓦風力發電機所占有效空間計算(直徑80米圓面積乘80米高),裝機容量可達16兆瓦,更加重要的是風能利用率提高了10倍,即效率提高了10倍以上,在超級工程4中提到,風能如果全部利用,將達到目前世界所需能耗的三倍以上,如果采用大型磁懸浮圓軌道風力發電機相信風能利用率肯定會有大幅提高。
大型磁懸浮圓軌道風力發電機由于沒有大型件的制造﹑運輸﹑吊裝,即所有金屬件加工﹑安裝﹑運輸均為常規手段(定型的組合型的設備),所以每千瓦的制造﹑裝機費用等可以大幅降低,而且明白人一看便知,高度的提升空間不大,而在100米直徑的基礎上再增加幾倍甚至十幾倍卻是完全可行的,如果風電機直徑增加十倍,裝機容量可達20萬千瓦,雖然占地面積上千畝,這不過和同樣裝機容量的火力發電廠所占土地差不多,更何況無論占用的是農用田土﹑牧場﹑水面均可在不產生任何污染的情況下再使用,而大型水平軸風電機卻在一定風速的情況下會產生嘯叫聲,并且時有鳥類撞擊風葉片的事情發生,而本發明是磁懸浮圓軌道風力發電機,運轉時沒有噪音,由于其尖速比(風速和尖速度比)小于1也不會產生嘯叫聲,所以本發明還適用于如高層樓頂上使用。同時也適用于大型吊裝﹑運輸設備去不了的邊遠山區﹑山頂﹑淺水灘﹑海島等上面安裝﹑使用。這些均源于本發明所用包括發電機在內的原件均為組合式的,而且均為常規的金屬加工件,而安裝本風力發電機的多層框架,100千瓦左右的可考慮用金屬框架,作為本大型風力發電絕大多數均采用鋼筋混凝土結構的框架,而本大型磁懸浮圓軌道風力發電機的制造商,事實上也成為永遠的建筑工程發包商。綜合上述,本發明的重要意義在于可以大幅提高風能利用率(如發電機零機械磨擦、無機械能轉換、多層風力發電),降低大型風電機制造、安裝、運輸的費用和難度,可以有效解決大型垂直軸風力發電風葉片振動問題和低速發電問題,更重要的意義在于:開創了風電機大型化、超大型化的新途徑。
專利人的發明,大型磁懸浮圓軌道風力發電機是通過國家專利局公布﹑檢索國內外相關資料﹑提出修改意見﹑并且經過對本發明專利的創造性﹑新穎性﹑實用性進行了嚴格審查,最終經歷四個年頭,用時兩年多,于2013年1月5日授予發明專利權,同年3月6日獲得專利證書,而且本發明還有多個發明或實用新型專利支持,其中有兩項已獲得專利證書,其余還在審查中。
本發明的基本原理是:由上下裝有強磁鐵軌道做成的圓環形無中軸風葉輪,并且在風葉輪下兩磁軌道中間裝上強磁鐵作為發電機轉子,和上下強磁鐵圓軌道的下磁軌道中間裝上電磁感應組成的發電機定子,兩者進行磁懸浮配合,風葉輪和圓軌道的磁懸浮配合相當于大型磁懸浮推力軸承,在風葉輪上裝上風葉片并能在風的作用下,風葉輪和圓軌道的磁懸浮配合使風葉輪在圓軌道上作無機械磨擦的圓周運動,即風葉輪上的強磁鐵和圓磁軌道上的電磁感應圈的相對運動。為了進一步提高效率,在風葉輪周圍加上我已經獲得實用新型專利權的,能阻斷逆向進風,放大順向進風的導風板,并且在無機械磨擦,無機械能轉換的基礎上發電,即風能通過風葉輪上的轉子磁鐵和軌道上的電磁感應圈直接轉換成電能,顯然本發明相對有機械(齒輪﹑減速器等)傳遞能量的大型發電機能量轉換效率高得多。
責任編輯: 中國能源網