基本信息
- 项目名称:
- 一种双垂直轴风力发电机
- 来源:
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类:
- 能源化工
- 大类:
- 科技发明制作A类
- 简介:
- 针对现有的水平轴风力发电机风能利用率偏低,造价高,安装维护困难的缺点,设计了一种垂直轴风力发电机,能最大限度的利用风能,提高效率,并且结构简单、造价低。
- 详细介绍:
- 现有的垂直轴风力发电机由于叶片固定,叶片运动阻力较大,虽然有的叶片背部成流线型,但运动阻力仍不可小视,而本发明,叶片可以在风力作用下自动改变叶片的角度。迎风半周时,叶片垂直于风场,最大限度的利用风能,逆风半周时,叶片平行于风场,运动阻力极小,大大的提高了效率。此设计方案最大价值在于结构简单,造价低,风能利用率高,,可以大功率运行,效率高于现有的垂直轴风力发电机。 一种双垂轴(变矩)风力发电机,见设计图纸:包括发电机(7)、风轮毂(6)和叶片(1),叶片(1)通过支架与风轮毂(7)连接,所述支架是由风轮毂(6)向外伸展的上横梁(2)、下横梁(5)、垂直轴(4)和限定轴(3)组成,上横梁(2)和下横梁(5)上、下对应,在上横梁(2)、下横梁(5)之间固定有垂直轴(4)和限定轴(3),限定轴(3)在垂直轴(4)内侧,叶片(1)一端设有销孔,叶片(1)通过销孔与垂直轴(4)铰接,垂直轴中心线(8)和限定轴中心线(9)之间的间距a短于垂直轴中心线(8)与叶片自由端边线(10)的长度b。本实用新型具有受风阻力小,风能利用率高,结构简单,成本低廉,维护方便的特点。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的:针对现有的水平轴风力发电机效率偏低,造价高的缺点,设计了一种垂直轴风力发电机,能最大限度的利用风能,提高效率,并且结构简单、造价低。 基本思路,创新点,技术关键:风轮和叶片是风力发电机发电效率大小的关键,此双垂直轴风力发电机可以在风力作用下自动改变叶片的角度,迎风半周时垂直于风场,最大限度的利用风能,逆风半周时平行于风场,运动阻力极小,大大的提高了效率。
科学性、先进性
- 现有垂直轴风力发电机与水平轴风力发电机比较:通过CFD模拟结果来看,垂直轴风轮的风能利用率不比水平轴的低,国外也有机构经过实验表明垂直轴风轮的风能利用率在40%以上。另外,在实际环境中风向是经常变化的,水平轴风轮的迎风面不可能始终对着风,这就引起了“对风损失”,而垂直轴风轮则不存在这个问题,因此在考虑了对风损失之后,垂直轴风轮的风能利用率完全有可能超过水平轴风轮。本发明对比现有垂直轴风力发电机的优势:现有的垂直轴风力发电机由于叶片固定,叶片运动阻力较大,虽然有的叶片背部成流线型,但运动阻力仍不可小视,而本发明,叶片可以在风力作用下自动改变叶片的角度。迎风半周时,叶片垂直于风场,最大限度的利用风能,逆风半周时,叶片平行于风场,运动阻力极小,大大的提高了效率。综上所述,本发明要比各种类型的垂直轴风力发电机的效率高。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年4月10日在某机构由该机构专家组成的鉴定小组进行了会议鉴定。鉴定专家一致同意通过技术鉴定。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 商议
作品可展示的形式
- 模型,图纸,现场演示,图片,录像等
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 风电发电技术是具强劲竞争力和发展前景的一项可再生能源技术,将在能源供应中发挥越来越重要的作用。所以设计性能优良的风力发电机显得尤为重要,此设计方案最大价值在于结构简单,造价低,风能利用率高,可以大功率运行,效率高于所有现有的垂直轴风力发电机。本项目目前处于中试阶段已完成发电机的框架模型,接下去的主要工作是将电机与框架模型结合进行试验。
同类课题研究水平概述
- 旋转轴是垂直的风力发电机叫垂直轴风力发电机。21世纪初由中国、日本、欧洲几乎同时发明的一种新型风力发电机,有别于最早的垂直轴风力发电机(达里厄型),效率高于水平轴风力发电机,无噪音和转向机构,维护简单。已成为欧美市场中小型风力发电机的首选,由于成本远低于目前的风力发电机,必将逐步取代水平轴风力发电机,成为世界新能源的主力军。 第一个优势就是良好的受风多向性,在风速不稳定、风向变化频繁的地方,垂直轴风力机有着更强的适应性。 第二个优势是恒定的受力特性优势。由于垂直轴风力机惯性力与重力的方向始终不变,所受的是一恒定载荷,因而叶片疲劳寿命相对长;而水平轴风力机叶片收到重力和惯性力的双重作用(重力方向不变,惯性力方向随时变化),一方面对于叶片的疲劳强度非常不利,另一方面也制约着水平轴风力机叶片尺寸的进一步增大。可见,垂直轴风力机有着向兆瓦级大型风力机进一步发展的潜力。 第三个优势是发电机安装位置的优势。垂直轴风力机更容易实现直接驱动,并允许它的发电机安装在塔架的底部,方便安装、控制和维护,同时减轻了塔架的重量和结构负载;而水平轴风力机的发电机通常都置于几十米的高空,也给发电机的安装、维护和检修带来了诸多不便。可见,垂直轴风力机在安装和维护成本上也远低于水平轴风力机。 现有的垂直轴风力发电机由于叶片固定,叶片运动阻力较大,虽然有的叶片背部成流线型,但运动阻力仍不可小视,而本发明,叶片可以在风力作用下自动改变叶片的角度。迎风半周时,叶片垂直于风场,最大限度的利用风能,逆风半周时,叶片平行于风场,运动阻力极小,大大的提高了效率。综上所述,本发明比各种类型的垂直轴风力发电机的效率高