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風力發電的新方式:垂直軸空氣壓縮式空氣動力發電
(時間:2026-03-25 01:58:40)

   過度的二氧化碳排放造成了全球的氣候汙染,迫使人們尋找新的更環保、更經濟、更安全的新能源。電動汽車的產生就是一個例子。在發電方麵,風能發電無疑是一種很好的選擇。
   但是,由於風能發電本身的原因,在全球的發電量中風能發電的占比不到10%,(中國比例更低),那麼原因在哪裏呢?瓶頸在哪裏呢? 概括起來,主要有以下兩個兩方麵的原因。
   第一 ,“天有不測風雲”,風能本省具有隨機性和不可控製性特征。
   由於風能本身的隨機性,導致風能發電機不能產生平穩的電能,並導致並網使用困難。專業人士稱為“棄風”現象,這個問題到現在一直沒有得到根本的解決。
   第二,在結構方麵,發能發電機機結構設計問題。
   目前,主流的風力發電機結構多是“三葉片葉輪,水平軸,單機直驅。”這種結構,對風場的自然條件要求很高,風力利用率低風場占地麵積大,投資大。
   用什麼辦法解決這個影響風力發電發展的瓶頸,是進一步發展風力發電所要解決的當務之急。
   “儲能轉換”是解決以上問題的一個可行性方案。“儲能轉換”dejibenlinianjiushi,babukekongbuwendingnengliangxianchucuncunqilai,ranhouzaizuowendingdenengliangshuchu。rushuilifadian,babuwendingdeshuiliudongnengtongguodabaxianchucunqilai,zaidabadexiafangjiunengchanshenghengwendeshuiliudongneng,wendingdizhuanhuaweidianneng。kongqiliudedongneng,yejiushifengneng,yongfenglijituidongkongqiyasuojichanshengdegaoyakongqiyeshibuwendingde。ruguonengbadaliangbuwendingdegaoyakongqiyiyidingdefangshichucunqilai,tongyangkeyishengchengwendingdegaoyakongqishuchu。 
   用yong恒heng穩wen的de高gao壓ya空kong氣qi來lai推tui動dong渦wo輪lun機ji發fa電dian,這zhe樣yang可ke以yi發fa出chu穩wen定ding的de電dian流liu。在zai這zhe方fang麵mian,我wo們men中zhong國guo已yi經jing領ling先xian了le。例li如ru,中zhong國guo科ke學xue院yuan工gong程cheng物wu理li研yan究jiu所suo,於yu2018niandizaixinanmoudizuoleyigexiangguanshiyan。muqian,zhegegongchengzhijinyunxingxiaoguolianghao。danshigaigongchenghaoliangjuda,gongqijiaochangchang,hennanlinghuoshiyong,duiyuzhongxiaoxingdedianzhan,xianranshishibubianshiyongde。
   這(zhe)裏(li)我(wo)們(men)做(zuo)了(le)一(yi)種(zhong)創(chuang)新(xin),適(shi)用(yong)於(yu)可(ke)以(yi)在(zai)不(bu)同(tong)的(de)風(feng)力(li),不(bu)同(tong)的(de)地(di)理(li)環(huan)境(jing),不(bu)同(tong)的(de)規(gui)模(mo)下(xia)靈(ling)活(huo)使(shi)用(yong)的(de)發(fa)電(dian)方(fang)式(shi),就(jiu)是(shi),垂(chui)直(zhi)軸(zhou)空(kong)氣(qi)壓(ya)縮(suo)儲(chu)能(neng)式(shi)的(de)空(kong)氣(qi)動(dong)力(li)發(fa)電(dian)係(xi)統(tong)。 其基本工作流程與原理陳述如下。

   一yi,用yong多duo個ge的de垂chui直zhi軸zhou的de小xiao風feng力li渦wo輪lun機ji,驅qu動dong多duo個ge空kong氣qi壓ya縮suo機ji,產chan生sheng高gao壓ya空kong氣qi。把ba高gao壓ya空kong氣qi彙hui集ji儲chu存cun起qi來lai以yi後hou,就jiu可ke以yi生sheng成cheng穩wen定ding可ke控kong高gao壓ya氣qi流liu輸shu,用yong穩wen定ding的de高gao壓ya氣qi流liu去qu驅qu動dong空kong氣qi渦wo輪lun機ji帶dai動dong發fa電dian機ji發fa電dian。這zhe樣yang就jiu可ke以yi做zuo到dao既ji不bu受shou天tian氣qi的de影ying響xiang,又you可ke以yi全quan天tian平ping穩wen發fa電dian。實shi現xian全quan天tian候hou的de發fa電dian。“儲能轉換”就是為了能量平穩輸出平穩發電。隻有平穩發電才並網使用。
   有人會提出問題,這種能量轉換必會產生能量損失怎麼辦?
   可ke以yi增zeng大da輸shu入ru風feng能neng來lai抵di償chang能neng量liang轉zhuan換huan時shi造zao成cheng的de能neng量liang損sun失shi,要yao知zhi道dao風feng能neng是shi免mian費fei的de,風feng力li機ji產chan生sheng的de動dong能neng,與yu風feng力li機ji的de掠lve風feng麵mian積ji成cheng正zheng比bi,和he風feng速su度du三san次ci方fang成cheng正zheng比bi。增zeng大da風feng力li機ji的de掠lve風feng的de掠lve風feng麵mian積ji,提ti高gao風feng力li機ji進jin口kou局ju部bu的de風feng速su。就jiu可ke以yi增zeng大da的de輸shu入ru風feng能neng。可ke以yi補bu償chang在zai能neng量liang轉zhuan換huan時shi的de能neng量liang損sun失shi。那na麼me怎zen麼me增zeng大da的de掠lve風feng麵mian積ji,提ti高gao風feng機ji進jin口kou的de風feng速su速su度du呢ne?我wo們men可ke以yi增zeng大da風feng機ji的de招zhao風feng麵mian積ji,也ye就jiu是shi在zai垂chui直zhi軸zhou風feng力li機ji,風feng機ji的de兩liang側ce做zuo兩liang個ge“擋板”,就好像大鷹的翅膀一樣把周圍的風集中到中間來(水平軸做不到)。在風機入口處用引導技術(就好像水壓高壓龍頭)把入口風速提高。這樣就可以提高風力機產生功率。補償在能量轉換時的能量損失。
   另外發電的同時可全天“致冷,製水”加以附加利用,發電過後減壓的尾氣可循環使用減低能量損失。
   二,為什麼要用錘直軸呢?水平軸風力機的風能利用率是有極限的。最大不會超過59%(貝茨極限 Betzs lan)。但理論試驗都證明垂直軸風力利用率比水平軸風力高。垂直軸風力機的風能利用極限是可以突破貝茨極限的(有過72%的報道)。這是我們采用垂直軸的主要原因。
   lingwaiyonglechuizhizhoudefenglijijiuhaoxiangbapingfanggaichengloufang,yejiushibadaliangshuipingfenglifadianjiliqilailuoqilaijikeyijieshengdaliangdebaoguitudi,youkeyikuodashiyongtiaojian(比如樓房頂,島嶼,軍艦)。
   三(san),為(wei)了(le)提(ti)高(gao)風(feng)力(li)動(dong)能(neng)。在(zai)結(jie)構(gou)上(shang)除(chu)了(le)增(zeng)加(jia)幾(ji)個(ge)水(shui)平(ping)軸(zhou)風(feng)力(li)機(ji)無(wu)法(fa)做(zuo)到(dao)集(ji)風(feng)板(ban)以(yi)外(wai),本(ben)係(xi)統(tong)的(de)動(dong)力(li)機(ji)與(yu)主(zhu)流(liu)風(feng)力(li)發(fa)電(dian)的(de)動(dong)力(li)機(ji)結(jie)構(gou)不(bu)同(tong)。用(yong)渦(wo)輪(lun)代(dai)替(ti)了(le)三(san)葉(ye)片(pian)。也(ye)就(jiu)是(shi)用(yong)渦(wo)輪(lun)機(ji)代(dai)替(ti)了(le)螺(luo)旋(xuan)槳(jiang)葉(ye)片(pian)機(ji)。而(er)且(qie),風(feng)動(dong)力(li)機(ji)推(tui)動(dong)的(de)不(bu)再(zai)是(shi)發(fa)電(dian)機(ji)而(er)是(shi)空(kong)氣(qi)壓(ya)縮(suo)機(ji)。產(chan)生(sheng)的(de)不(bu)是(shi)電(dian)能(neng),是(shi)空(kong)氣(qi)的(de)壓(ya)力(li)勢(shi)能(neng)(氣壓勢能)。
   suizhedaliangdediyayasuokongqiyongchunengrongqichucundetongshi,rongqizhongdeqiyashinengyejiusuizhezengjiale。daoyidingyaqiangshiwomenyongzhezhonggaoyakongqiqutuidongkongqiwolunji,kongqiwolunjichanshengxuanzhuandonglijulaidaidongfadianjifadian。shunbiantiyixia,kongqiwolundonglijishiyongwoshanwolunlaishikongqizengyazengsude。xianzaiyijinghenchengshule。womenyongwolunfadongjilaituidongfadianji,yeshiweileshitigaonengliangdeliyonglvde。
   為了區別於主流的風力發電係統,本係統可以名為空氣動力發電係統。
   它的結構主要有三部分是:第一.垂chui直zhi軸zhou風feng力li驅qu動dong單dan元yuan。第di二er,空kong氣qi壓ya縮suo單dan元yuan。第di三san儲chu壓ya發fa電dian單dan元yuan。垂chui直zhi風feng力li驅qu動dong單dan元yuan的de垂chui直zhi軸zhou與yu空kong氣qi壓ya縮suo單dan元yuan的de軸zhou相xiang連lian接jie。驅qu動dong所suo屬shu的de空kong氣qi壓ya縮suo機ji將jiang一yi般ban的de空kong氣qi變bian成cheng較jiao高gao壓ya力li的de壓ya縮suo空kong氣qi。空kong氣qi儲chu存cun單dan元yuan與yu儲chu能neng發fa電dian單dan元yuan連lian接jie。儲chu壓ya發fa電dian單dan元yuan,包bao括kuo壓ya縮suo空kong氣qi儲chu存cun容rong器qi以yi及ji空kong氣qi渦wo輪lun動dong力li機ji帶dai動dong的de發fa電dian機ji。儲chu能neng容rong器qi與yu空kong氣qi渦wo輪lun動dong力li力li機ji相xiang連lian,用yong高gao壓ya空kong氣qi經jing過guo空kong氣qi渦wo輪lun機ji來lai推tui動dong發fa電dian機ji發fa電dian。
   它的工作流程是:使(shi)用(yong)經(jing)集(ji)風(feng)增(zeng)壓(ya)後(hou)的(de)大(da)流(liu)量(liang)高(gao)速(su)空(kong)氣(qi),推(tui)動(dong)垂(chui)直(zhi)軸(zhou)渦(wo)輪(lun)機(ji)發(fa)生(sheng)動(dong)力(li)矩(ju),推(tui)動(dong)空(kong)氣(qi)壓(ya)縮(suo)機(ji)產(chan)生(sheng)壓(ya)縮(suo)空(kong)氣(qi)。大(da)量(liang)的(de)壓(ya)縮(suo)空(kong)氣(qi)在(zai)儲(chu)存(cun)容(rong)器(qi)中(zhong)空(kong)氣(qi)儲(chu)存(cun)的(de)同(tong)時(shi)也(ye)增(zeng)加(jia)了(le)空(kong)氣(qi)壓(ya)縮(suo)勢(shi)能(neng)。增(zeng)量(liang)增(zeng)能(neng)後(hou)的(de)高(gao)壓(ya)空(kong)氣(qi),通(tong)過(guo)空(kong)氣(qi)渦(wo)輪(lun)機(ji)產(chan)生(sheng)高(gao)速(su)扭(niu)力(li)矩(ju),推(tui)動(dong)渦(wo)輪(lun)機(ji)帶(dai)動(dong)發(fa)動(dong)機(ji)發(fa)電(dian)。由(you)於(yu),所(suo)輸(shu)出(chu)的(de)高(gao)壓(ya)空(kong)氣(qi)是(shi)平(ping)穩(wen)的(de)可(ke)控(kong)的(de)所(suo)以(yi)發(fa)電(dian)機(ji)發(fa)出(chu)的(de)電(dian)能(neng)也(ye)是(shi)平(ping)穩(wen)可(ke)控(kong)的(de)。
   zhezhongkongqidonglifadianji,budankefulefenglidesuijixinghebukekongzhixing,zaiweifengqingkuangxiayekefadian。jiangdileduifengchangtiaojiandeyaoqiu。zhiyaoyouzugoudefenglichucunshiyouwangshixian24小時的全風況下全天平穩地發電。可貴的是,他使用的是再生能源,除了日常維護外,運行費幾乎為0。而且是環保的無二氧化碳排放汙染的。
   有人會產生這樣的問題:這zhe種zhong空kong氣qi動dong力li發fa電dian係xi統tong,比bi起qi主zhu流liu的de風feng力li發fa電dian係xi統tong,多duo了le一yi套tao空kong氣qi壓ya縮suo儲chu存cun係xi統tong。是shi不bu是shi會hui產chan生sheng高gao的de造zao價jia呢ne?我wo們men的de回hui答da,是shi。但dan隻zhi是shi初chu期qi建jian設she時shi的de投tou資zi高gao。這zhe種zhong空kong氣qi動dong力li發fa電dian動dong機ji,它ta的de年nian發fa電dian量liang增zeng加jia了le。係xi統tong所suo增zeng加jia的de投tou資zi費fei用yong,可ke以yi用yong他ta的de年nian發fa電dian量liang得de到dao補bu償chang。初chu步bu測ce算suan估gu計ji這zhe種zhong空kong氣qi動dong力li發fa電dian係xi統tong,比bi現xian在zai的de主zhu流liu風feng力li發fa電dian機ji年nian發fa電dian量liang增zeng加jia30%以上(不同的地區不同類型會不一樣)。也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)單(dan)位(wei)發(fa)電(dian)量(liang)的(de)性(xing)能(neng)價(jia)格(ge)比(bi)會(hui)比(bi)主(zhu)流(liu)風(feng)力(li)發(fa)電(dian)係(xi)統(tong)要(yao)提(ti)高(gao)。因(yin)為(wei)他(ta)而(er)對(dui)環(huan)境(jing)的(de)要(yao)求(qiu)也(ye)低(di)了(le),占(zhan)地(di)麵(mian)積(ji)小(xiao)了(le)投(tou)資(zi)也(ye)會(hui)減(jian)少(shao)。所(suo)以(yi)總(zong)體(ti)看(kan)還(hai)是(shi)“隻贏不虧”的,
   那na麼me這zhe種zhong新xin型xing的de風feng力li發fa電dian係xi統tong是shi什shen麼me樣yang子zi呢ne?它ta就jiu像xiang一yi個ge立li起qi來lai的de大da鷹ying。鷹ying頭tou部bu是shi用yong於yu小xiao風feng微wei風feng時shi的de發fa動dong裝zhuang置zhi。兩liang個ge翅chi膀pang是shi集ji風feng板ban,把ba風feng引yin到dao中zhong間jian來lai。他ta的de身shen體ti上shang部bu分fen是shi空kong氣qi動dong力li機ji,中zhong間jian部bu分fen是shi壓ya縮suo機ji和he空kong氣qi儲chu存cun容rong器qi.。為了減少發電時噪音他的底部才是空氣渦輪機和發電機還有控製機房。這裏我們隻提供一個說明原理的簡圖。
   那麼這空氣動力發電係統的發展前途怎麼樣?
   這zhe種zhong空kong氣qi動dong力li發fa電dian係xi統tong。利li用yong的de還hai是shi風feng力li,隻zhi是shi在zai風feng力li發fa電dian的de基ji礎chu上shang的de一yi種zhong創chuang新xin,保bao持chi風feng力li發fa電dian的de優you勢shi。又you克ke服fu了le風feng力li發fa電dian進jin一yi步bu發fa展zhan的de瓶ping頸jing困kun難nan,他ta有you望wang實shi現xian全quan天tian候hou全quan風feng況kuang的de發fa電dian。還hai降jiang低di了le發fa電dian風feng場chang要yao求qiu,提ti高gao了le係xi統tong的de應ying用yong適shi應ying性xing。,從cong經jing濟ji上shang考kao慮lv,由you於yu空kong氣qi動dong力li發fa電dian係xi統tong的de運yun行xing投tou入ru很hen少shao。會hui發fa電dian可ke製zhi水shui致zhi冷leng,有you很hen高gao的de性xing能neng價jia格ge比bi。會hui有you很hen高gao的de經jing濟ji回hui報bao,他ta必bi然ran具ju有you很hen高gao的de競jing爭zheng能neng力li。
   如(ru)果(guo)這(zhe)種(zhong)很(hen)有(you)潛(qian)力(li)的(de)發(fa)電(dian)方(fang)式(shi)被(bei)廣(guang)泛(fan)的(de)采(cai)用(yong),風(feng)力(li)發(fa)電(dian)乃(nai)致(zhi)整(zheng)個(ge)發(fa)電(dian)事(shi)業(ye)會(hui)發(fa)生(sheng)新(xin)的(de)變(bian)化(hua)。首(shou)先(xian),風(feng)能(neng)發(fa)電(dian)的(de)發(fa)電(dian)量(liang)在(zai)全(quan)球(qiu)發(fa)電(dian)量(liang)所(suo)占(zhan)的(de)比(bi)分(fen)(電占比)將會提高。其次,全球由於發電而產生的二氧化碳排量將會減低。會發出更清潔更便宜的電。
   風力發電,一度是世界各各國政府所大力支持的項目一度發展也很快(我國在上世紀90年代,政府就有風力發電價格補貼)。但是如前說過的原因,風力發電當下是似乎有些“失寵” 。
   在我國,煤電是我國的發電主力,煤炭和電形成的產業鏈有很高的壟斷地位和發言權,這種格局難以改變。
   danshicongshijiefanweilaikan,fenglifadianzaifazhanzhongdeguojia,nengyuanxiquedeguojia,rengranhaiyouhendadeshichanghefazhanqianli。zaiyidaiyiludefazhansiluxia,zhezhongxinxingkongqidonglifadianxitongdinghuibeigengguangfanfadecaiyong。
   風力發電的新紀元一定會到來! 

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