節(jié)能新技術(shù)：垂直軸輪轂風(fēng)力發(fā)電技術(shù)欲改變能源產(chǎn)業(yè)格局

　　 “一旦垂直軸輪轂風(fēng)力發(fā)電技術(shù)大規(guī)模商用，風(fēng)力發(fā)電成本將大大降低，甚至低于火電和核電，風(fēng)力發(fā)電行業(yè)也就不再需要政府補(bǔ)貼了。”該技術(shù)專利的持有人、昆山悅利電氣有限公司劉杭先信心滿滿，“如果一切順利，在垂直軸輪轂風(fēng)力發(fā)電技術(shù)巨大的規(guī)模和成本優(yōu)勢(shì)面前，若干年后核電站也將陸續(xù)被拆除。”

　　有望解決單機(jī)容量掣肘

　　作為繼煤電和水電之后的中國(guó)第三大主力電源，風(fēng)力發(fā)電近年來(lái)在我國(guó)的迅猛發(fā)展有目共睹。數(shù)據(jù)顯示，2010年年底時(shí)，我國(guó)并網(wǎng)風(fēng)電就達(dá)到了4182.7萬(wàn)千瓦，超過(guò)美國(guó)，居全球第一；截至2015年第三季度，我國(guó)已并網(wǎng)風(fēng)電10885萬(wàn)千瓦，更是提前完成“十二五”裝機(jī)目標(biāo)。

　　“國(guó)家大力發(fā)展風(fēng)電的大政方針是非常明確的，關(guān)鍵看我們?cè)趺床拍芨玫乩?a href="http://www.msthinker.com/news/article-530.html" target="_blank">風(fēng)能。”劉杭先表示，“以更低的成本和更高的效率進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電，使其能夠與傳統(tǒng)的火力發(fā)電以及核能發(fā)電、水利發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)，業(yè)內(nèi)公認(rèn)的一個(gè)較好的方法就是盡量增加單機(jī)容量，因?yàn)閺膯挝话l(fā)電功率的占地面積、風(fēng)能利用率、運(yùn)維成本等考慮，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)比小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)更有優(yōu)勢(shì)。”

　　但是，隨著功率的增大，風(fēng)葉片的掃風(fēng)面積、葉片長(zhǎng)度就要增大，葉尖速度也要增大。以西門子暢銷機(jī)型SWT-3.6-120為例，其額定轉(zhuǎn)速為13r/min，掃風(fēng)直徑120m，葉尖速度已經(jīng)高達(dá)245千米/小時(shí)。劉杭先表示，更大的功率意味著更長(zhǎng)的葉片，但是葉片受到的慣性力和自身重力的交變載荷帶來(lái)的機(jī)械疲勞限制了其長(zhǎng)度，同時(shí)更大的直徑意味著更高的塔架，這也帶來(lái)了安裝與維護(hù)的困難。因此，以目前的材料及施工能力，水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單機(jī)功率提升難度越來(lái)越大。

　　國(guó)內(nèi)風(fēng)電新增裝機(jī)情況也佐證了這一觀點(diǎn)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)風(fēng)電新增裝機(jī)一直以1.5兆瓦和2兆瓦機(jī)型為主，盡管前者占比持續(xù)下降，后者持續(xù)上升，但是更大功率的2.5兆瓦和3兆瓦機(jī)型的市場(chǎng)份額卻一直停滯不前。

　　為突破單機(jī)容量的掣肘，相對(duì)于目前占據(jù)市場(chǎng)絕對(duì)主流地位的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，業(yè)內(nèi)對(duì)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究開始不斷深入。

　　一方面，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般不需要很高的塔架，大功率機(jī)型可以直接安裝在地面上；另一方面，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片與旋轉(zhuǎn)平面垂直，轉(zhuǎn)速也較低。所以，從工程角度來(lái)看，這些特點(diǎn)使得垂直軸風(fēng)電可以達(dá)到很高的單機(jī)功率。但目前兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)幾乎都是水平軸，垂直軸反而主要用于離網(wǎng)獨(dú)立式小風(fēng)機(jī)。劉杭先分析道，這主要是因?yàn)樵谕瑯庸β氏?，垂直軸風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速低于水平軸風(fēng)力機(jī)，轉(zhuǎn)矩高于水平軸風(fēng)力機(jī)，而轉(zhuǎn)矩的提高使得發(fā)電機(jī)的成本急劇上升，特別是對(duì)于兆瓦級(jí)的風(fēng)力發(fā)電。換句話說(shuō)，垂直軸風(fēng)力機(jī)的取電要比水平軸風(fēng)力機(jī)困難。

　　“而垂直軸輪轂風(fēng)力發(fā)電技術(shù)一舉解決了目前垂直軸風(fēng)力發(fā)電面臨的一系列問(wèn)題，不僅讓垂直軸風(fēng)力發(fā)電單機(jī)容量有望超越三峽水電站單機(jī)容量，更將帶來(lái)成本方面的極大降低，甚至將改寫能源產(chǎn)業(yè)目前的格局。”劉杭先說(shuō)。