一、垂直軸風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和烏蘭察布市的“風(fēng)塔”
2011年6月山東中泰新能源集團,在內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市興和縣投資興建了50MW特大型垂直軸風(fēng)力發(fā)電基地,170米高的風(fēng)塔在傳統(tǒng)的風(fēng)車陣中格外另類而醒目。但是,垂直軸風(fēng)力發(fā)電技術(shù)以10-100兆瓦特大功率、0.3元/kwh特低發(fā)電成本、4500小時/年特長運行時間、15畝/100兆瓦特少占地面積和智能化優(yōu)勢進入風(fēng)電市場,以其全新的技術(shù)路線和工程構(gòu)造,引起行業(yè)廣泛的爭議。但是,不可否認搶先使用此技術(shù),一年可減少一個大型火電廠的碳排放,市場無形之手由此推動著傳統(tǒng)風(fēng)電行業(yè)的重新洗牌。

內(nèi)蒙古烏蘭察布市興和縣五股泉50MW特大型垂直軸風(fēng)力發(fā)電基地
特大型垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置主要由風(fēng)輪機構(gòu)、葉片、垂直動力旋轉(zhuǎn)軸、齒輪傳動系統(tǒng)、智能控制多機發(fā)電系統(tǒng)、輸變系統(tǒng)、塔架和基礎(chǔ)等部分組成。
垂直動力旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置三層的風(fēng)輪,葉片撲捉風(fēng)力保證風(fēng)輪機構(gòu)的高效運轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸底端通過大盤齒輪連接發(fā)電機離合器,當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速達到額定值時,智能控制多級發(fā)電系統(tǒng)指令第一臺發(fā)電機投入運行,風(fēng)速增大時可指令多臺發(fā)電機依次加入運行,保證發(fā)電設(shè)備高效平穩(wěn)運行。
垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)要從藍圖變成實體,他們解決了五大難題。
一是解決了葉片的卸風(fēng)及自動控制難題。中泰集團采用了多元一體風(fēng)葉設(shè)計,圍繞旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置多層風(fēng)輪框架,每層以旋轉(zhuǎn)軸為圓心,對稱安裝多個葉片;葉片采用不銹鋼制作而成,其形狀呈半圓筒狀,下半圓筒為固定部分,上半圓筒分為三個根據(jù)風(fēng)力不同可控制其開啟和閉合的活動風(fēng)葉,具有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的功能,又可保證風(fēng)輪機構(gòu)在承受較大風(fēng)力時不受損壞;在葉片與風(fēng)輪框架接觸處設(shè)置葉片擋塊和葉片開啟控制機構(gòu)。風(fēng)輪機構(gòu)從順風(fēng)位置轉(zhuǎn)動180度到逆風(fēng)位置時,葉片開啟控制機構(gòu)使葉片停止繼續(xù)轉(zhuǎn)動,相當(dāng)于自動打開泄風(fēng)口,將回轉(zhuǎn)時的阻力降到最低限度,實現(xiàn)了回轉(zhuǎn)阻力的最小化,保證了風(fēng)輪機構(gòu)在低風(fēng)速的條件下高效運轉(zhuǎn)。當(dāng)風(fēng)輪機構(gòu)回轉(zhuǎn)到需要接收風(fēng)力時,葉片在風(fēng)力作用下又自動回位將泄風(fēng)口封閉,吸收風(fēng)力作用在葉片上的最大推力,依次循環(huán),保證風(fēng)輪機構(gòu)高效運轉(zhuǎn)。這樣的設(shè)計,風(fēng)機整體阻力小,重量輕,大大降低了風(fēng)輪機構(gòu)易損部件的損耗。即便是在臺風(fēng)條件下,風(fēng)車也不受損壞,這就在沿海、海上建立風(fēng)電場,提供了技術(shù)保證。
二是解決了沉重傳動軸耗能難題。垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置高70--200m,軸的直徑3--3.8米,采用棒材動輒上百噸重,安裝困難同時又消耗了風(fēng)能增加了成本,成為擋在垂直軸風(fēng)電設(shè)計中的一塊絆腳石。中泰集團經(jīng)過多次試驗,用管材代替棒材,管壁僅有200mm,強度卻增加了5-7倍,重量減少了,耗能的難題解決了。