將兩項(xiàng)成熟技術(shù)合并升華

　　那么，這種有望“改寫能源產(chǎn)業(yè)格局”的神奇技術(shù)是基于何種原理?

　　“這種垂直軸輪轂風(fēng)力發(fā)電機(jī)組雖然以前沒有，稱得上是風(fēng)電領(lǐng)域的一項(xiàng)重大創(chuàng)新，但其技術(shù)來源卻是長(zhǎng)期應(yīng)用的工業(yè)化成熟技術(shù)，是對(duì)成熟技術(shù)的集成創(chuàng)新。早在1300多年前，中國(guó)古人已經(jīng)做出垂直軸風(fēng)帆風(fēng)能動(dòng)力車;隨著火車客車照明的應(yīng)用，列車用輪轂發(fā)電機(jī)也有了100多年的歷史，今天廣泛使用的電力機(jī)車、輕軌、動(dòng)車、高鐵都是這項(xiàng)技術(shù)的延伸和發(fā)展。”劉杭先說，“所以說，輪轂風(fēng)力發(fā)電技術(shù)本身并不神奇，它就是這兩項(xiàng)成熟技術(shù)的集成與升華。”

　　據(jù)介紹，該技術(shù)的核心是利用輪轂直接對(duì)大型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的線速度進(jìn)行取電。通常垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總是通過位于圓心位置的發(fā)電機(jī)進(jìn)行取電，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速就是風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速。一般來說，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為同樣功率等級(jí)的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一半以下，因此同等功率下，前者的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩將高于后者，這就意味著垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的取電成本將居高不下。但實(shí)際上，即使在很低的轉(zhuǎn)速下，大型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的線速度依然較快，可達(dá)到每小時(shí)幾十公里至幾百公里。因此，如果采用輪轂發(fā)電機(jī)直接對(duì)垂直軸風(fēng)力機(jī)組的圓周速度進(jìn)行取電，就可以把發(fā)電機(jī)的體積設(shè)計(jì)得較小，以有效降低發(fā)電機(jī)成本。同時(shí)，由于可配置的發(fā)電機(jī)數(shù)量較多，隨著切入風(fēng)速的變化，還可以選擇部分或者全部的輪轂發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，提高方案的靈活性與可靠性。

　　劉杭先進(jìn)一步說明道，首先，垂直軸輪轂風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是利用圓周的線速度來發(fā)電，與水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比省去了中心高大的鐵塔。其葉片速度和風(fēng)能的利用速度一樣，按年平均速度11米/秒計(jì)算，垂直軸發(fā)電機(jī)葉片尖速度為每小時(shí)40公里。按照同等風(fēng)速計(jì)算，水平軸Vesta sv 164-8MW的葉片尖速度已達(dá)308公里。而低速的葉片更有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

　　其次，因?yàn)椴捎幂嗇灠l(fā)電，可以把功率分布在多個(gè)小型發(fā)電機(jī)上，可以使發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)和制造成本降低、靈活性提升(50千瓦發(fā)電機(jī)單價(jià)不超過1萬元，推算出1兆瓦發(fā)電機(jī)總價(jià)不超過20萬元)。正因?yàn)殡姍C(jī)便宜，還可以增加電機(jī)數(shù)量以增加大風(fēng)時(shí)的制動(dòng)能力，根據(jù)風(fēng)能變化調(diào)整電機(jī)數(shù)量，從而使得風(fēng)電機(jī)組的成本進(jìn)一步降低。

　　欲邁出產(chǎn)業(yè)化步伐

　　“不僅僅是成本大大降低，”劉杭先強(qiáng)調(diào)，“垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量做大也變得很容易。和目前的水平軸技術(shù)相比，計(jì)算其容量增加帶來的成本增加，用的是加法而不是乘法。”

　　對(duì)于該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，劉杭先充滿信心。“實(shí)際上，我們一開始雖然成功申請(qǐng)了專利，但是心里也確實(shí)不踏實(shí)，不知道是不是應(yīng)該投入資金繼續(xù)做下去，所以去年年底邀請(qǐng)了來自中國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì)、中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)、中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)風(fēng)能設(shè)備分會(huì)、華銳風(fēng)電、北京鑒衡認(rèn)證中心的專家對(duì)垂直軸輪轂風(fēng)力發(fā)電機(jī)組項(xiàng)目進(jìn)行了評(píng)審。”劉杭先告訴記者，“專家充分肯定了這一構(gòu)想的創(chuàng)新性，并建議要盡快通過仿真分析、原理樣機(jī)等方式獲取整機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，在驗(yàn)證可行性、安全性等問題的基礎(chǔ)上，加快產(chǎn)業(yè)化步伐。”

　　“專家指明了方向，我們更有了做下去的信心，下一步將盡快進(jìn)入仿真分析階段。”劉杭先說，“設(shè)計(jì)出適合垂直軸輪轂風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片是完成商業(yè)樣機(jī)的關(guān)鍵，而提高效率擴(kuò)大單機(jī)容量的關(guān)鍵也在葉片。”

　　按照劉杭先的設(shè)想，如果進(jìn)展順利，垂直軸輪轂風(fēng)力發(fā)電機(jī)組第一年將建成兆瓦級(jí)，第二年建成萬千瓦級(jí)，第三年建成十萬千瓦級(jí)。“世界最大的三峽水電站單機(jī)容量為70萬千瓦，這樣垂直軸輪轂風(fēng)力發(fā)電機(jī)組就可以向水電單機(jī)容量挑戰(zhàn)了。我國(guó)沿海地區(qū)無人荒島的利用空間很大，完全可以建設(shè)環(huán)島風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，再配合高位儲(chǔ)能電站，供電穩(wěn)定性將可以和火電站媲美。”劉杭先說。