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浓缩风能发电机怎么发电？ |
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10/16/2007 12:33:00 PM
佳工机电网
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据《科技日报》2007年10月16日报道：2007年10月，在国际上较早提出并发展浓缩风能理论的研究者田德，正在华北电力大学紧张有序的研制30kW并网型浓缩风能型风力发电机。30kW并网型浓缩风能型风力发电机的研制成功，会使浓缩风能发电机逐渐走向大、中型发电机组发展的道路，也会使其工作效率比普通风力发电机提高1倍甚至更多。
浓缩风能型风力发电机理论是国际上一项领先的风力发电技术。风能浓缩吗？浓缩风咋发电？浓缩风能带来优异品质的电吗？浓缩风吹来的电是不是一定能降低成本？就这些问题，记者采访了华北电力大学可再生能源学院博士生导师/内蒙古农业大学博士生导师田德。
浓缩风咋发电？
“靠流场的结构特性将风加速、整流是浓缩风的关键技术。”田德说。通过风洞实验和在中国、日本进行的小型机组实际运行的实验,证明了浓缩风能理论的科学性,也证明了风是可以被浓缩的。浓缩风能型风力发电机比起自然风能发电机，具有风速低、发电量大、噪音低、安全性高、寿命长、度电成本低等的多项优点。
1989年田德在日本发表浓缩风论文时，业内一些专家，认为这种结构复杂的浓缩风装置是不可能实现的。虽然受到一些质疑，但是从那时至今，先后有1000多万的来自国际和国内的资金资助了这个项目。
浓缩风能型风力发电机的核心，是将稀薄的风能经浓缩风能装置加速、整流和均匀化后驱动叶轮旋转发电，从而提高了风能的能流密度，降低了自然风的湍流度，改善风能的不稳定的弱点，提高了风能的品位。
目前，在国际上，浓缩风能理论是通用风力发电理论的一项新突破。
浓缩风可降低发电成本？
“浓缩风能发电机功率是一般的自然风发电机的2倍以上，中型发电机还没有测试，根据小型发电机的测试结果，发现能比同等条件发电机的能量多1.5倍的。发电量大、使用寿命长、维护费用高使浓缩风能发电机比普通风能发电机降低了至少50%%的单位电量成本。”田德介绍说，“在日本海岛上的6个试验装置是全世界风力发电中效果最好的，其性价比的优势很受重视。”
浓缩风能理论的创新点是实现了自然风加速、整流后驱动叶轮旋转发电，自然风速可以提高0.5倍以上，这样，在相同自然风速、相同叶轮直径的条件下，风力发电机的输出功率就可以达到普通型风力发电机的2倍以上，从而降低了度电成本。
“在年平均风速3m/s的地方就可以使用浓缩风能发电机，这就是说在低风速的地方也可以用这个机子。”田德认为，浓缩风发电机是比较实用的发电设备。浓缩风能型风力发电机启动风速为1.8m/s，切入的风速低。采用流体力学原理限速，高风速使用限速不停机就可连续发电。因此，与其他类型机相比，浓缩风能型风力发电机年发电时间长，风能利用率高，年发电量大。
浓缩风能发电机的寿命咋样？
浓缩风能发电机组因为独特的设计，能够抵御大风或台风的来袭。
“自然风通常不稳定，会形成非定常流，有时候会剧烈变化，即使在没有台风的地区也会出现螺旋风或者龙卷风，在这样的天气状况下，会对风力发电机造成摧毁性的破坏。而浓缩风发电机会用浓缩装置，对不稳定的自然风加速、过滤、整流，让剧烈的风力不直接作用于叶片，使不规则的风变成相对没有破坏力的风。这就比如一个人感到压力比较大的时候，有几个朋友来帮助，他的压力就会减少。机械也是如此，机械的疲劳破坏对机械的损害比较大，会降低机器的使用寿命。”田德用具体的例子解释了浓缩风能发电机如何延长机器的使用寿命。
浓缩风能实现了将随机湍流度很大的自然风，变成流速脉动较小的湍流。湍流度下降，流速均匀、变化平缓，对叶轮、机组和电气系统冲击力减小，相应的振动减小，如此一来，提高了设备的使用寿命。
浓缩风能发电机的噪音如何？
浓缩风能装置在风力发电机叶轮和机组周围加置了扩散式流路，显著降底了噪音，这种模式的机组可将嗓音降低到50分贝以下。“降低到50分贝以下就属于国家的教育文化区的噪音允许标准，不会影响人们的正常生活。”田德说。
驱动叶轮旋转的风是将自然风浓缩、均匀化后的流体能。因此，相同功率输出时，机叶轮直径比普通型风力发电机叶轮直径小，叶轮所受冲击载荷小，因此，与其他类型机相比，噪声也显著降低了。
浓缩风能发电机的安全性咋确保？
常规的风能发电机将叶轮安装在风机外部，浓缩风能发电机为了提高安全性，将叶轮安装在风能装置内，但是在提高发电机安全性的同时也增加了成本，怎样去平衡这个矛盾？
田德认为，对安全性的考虑是首要的，虽然一次性的设备投入会增加，但是从整体性价比来看还是利大于弊：“1997年7月在锡盟苏尼特右旗草原牧民吉日木图家中安装的200W机组,主要用电设备：2个40W灯泡、电视机（14英寸）、录音机（30W），在使用的8年多时间里，运行情况一直十分稳定，没有出现任何故障，除了电缆外，没有更换过其他部件。”
浓缩风能发电机的形体在自然风场中能够形成自动对向力矩，配合尾翼，灵敏度高，所采用的天方地圆结构，使导向平稳。
浓缩风能发电可领跑新能源?
在所有的可再生能源里面，风能发电在技术上比较成熟，而且同常规能源发电比较成本也比较低了。“一般的并网发电可以做到每度0.6元，离网稍高一点，也就每度1元。”田德介绍说。
以前由于地理的原因，田德的团队主要发展离网型机组，牧民比较分散，离网型机组有利于帮助他们开发电力。如今，他们主要发展并网型机组，让浓缩风的流速密度、能流密度越来越高。田德认为风力发电在和火电、水电等可再生能源比较中占有不可比拟的优势。
“从1985年构想到现在，做浓缩风能发电已经20余年了，做什么事情就是要遵循个科学的道理，克服困难、坚忍不拔的做下去。”田德总结过去的道路，感慨的说道，这份自信来自他对科学的信任。从最开始1997年7月安装的200W机组,到2005年9月安装的1000W机组再到现在研制的30kW机组；从最初发电机只用于的生活用电，到现在在工商业领域共同并用，他对浓缩风的项目前途一直保持乐观。“好的发明就要给大家用，我们已经把这项技术推广到日本等国际市场。”
浓缩风能型风力发电机的独立运行、风光互补的运行、多机联网运行的优势，使这项技术可以根据用户需要，设计2—10kW的多机连网风力发电系统，为生产、生活供电。研究团队研制开发的系列产品有200W、300W、600W、1kW、2kW等机组。200W、300W、1kW机组先后在内蒙古、河北省、山西省、云南省、北京市应用，并销往日本岛根县、群马县等6个地区，出口创汇。
目前，浓缩风在国内外有28台实验装机示范应用，浓缩风能发电机正在走向大、中型发电机组研发的道路。
风能是清洁、无污染的可再生能源
风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。
中科院专家提出：风能、太阳能、潮汐能的开发可以有效缓解中国的能源供应困局，其中产业化条件最为成熟的首推风力发电。
研究表明，风力发电能力每增加一倍，成本就会下降15%%。由于近年世界风电增长一直保持在30%以上，风电成本快速下降，国外已日趋接近燃煤发电成本。此外，风电外部成本几乎为零，甚至低于核电成本，因此经济效益凸现。随着中国风电设备国产化和发电的规模化，风电可望比燃煤发电更具成本和价格优势。
世界上风能利用较好、发展较快、技术比较先进的是美国。美国风力发电机容量占世界风力发电容量的一半左右。丹麦、德国、英国、荷兰等国家风力发电，发展也很迅速。风力发电正朝着重量轻、效率高、可靠性高及大型化方向发展。
欧洲风能协会（EWEA）肯定，至2020年欧洲将有20％的电力系借由风力发电产生。目前最接近这项目标的国家是丹麦，风力发电占20％。
我国利用风力发电是从上世纪50年代开始的，到80年代初，微型风力发电技术趋于成熟和稳定。到1994年底我国在内蒙古、新疆及沿海等地推广小型风力发电机，并已建成13万座。近年来，我国对风力发电也很重视，已选定在广东、海南、福建、山东、内蒙古、新疆等风力资源丰富的地区大力发展风电。
按照国内目前的行业平均水平，目前每度风电的成本约为0.4—0.5元。
新闻缘起
日前，30kW并网型浓缩风能型风力发电机正在华北电力大学紧张有序地研制。浓缩风能型风力发电机是基于浓缩风能理论研制成功的。例如，在标准大气状态下（大气压力为101325Pa，温度为15℃），水的密度是空气密度的814.9倍，说明在相同流速条件下，水的动能是风的动能的814.9倍，可见风能的能流密度是较低的。而浓缩风能理论的核心就是将稀薄的风能浓缩后再利用，创新点是提高风能的能流密度。浓缩风能型风力发电机是一种新型的风力发电机,具有起动风速低、发电量大、噪音低、安全性高、寿命长、度电成本低等特点。
30kW并网型浓缩风能型风力发电机的研制成功，会使浓缩风能发电机走向中、大型发电机组发展的道路，会让普通风力发电机的工作效率提高一倍甚至更多。
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