求風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造工藝？？

【專家解說】：因風(fēng)力機(jī)造價(jià)太貴，而使風(fēng)電成本比火電成本高出2/3，所以風(fēng)電雖無污染，能再生是十分理想的清潔而又可持續(xù)發(fā)展的能源，卻無法推廣。擺翼式立軸風(fēng)力機(jī)已開發(fā)成發(fā)電成本比火電還低二成多的250瓦微型風(fēng)力機(jī)產(chǎn)品，完全可以進(jìn)一步發(fā)展300千瓦以上的巨型風(fēng)力機(jī)。這就可普遍推廣風(fēng)電，改變以火電為主的世界能源格局，大大緩解大氣污染變暖的危害。文章論述了該風(fēng)力機(jī)的特色，分析了其造價(jià)特低的原因。最后希望“十五”規(guī)劃研討大規(guī)模發(fā)展大、中、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)政策性問題。

風(fēng)能無污染，可再生，是十分理想的清潔而又可持續(xù)發(fā)展的能源，但卻很難推廣。目前，全球風(fēng)能所發(fā)的電是微不足道的。根據(jù)1996年9月的統(tǒng)計(jì)資料表明，美國加利福尼亞州風(fēng)電約占全球風(fēng)電總量的80%，但只相當(dāng)于該州總發(fā)電量的1%多一點(diǎn)。當(dāng)今世界能源格局是火電約占80%，其余的為核電和水電。風(fēng)電不能推廣的根本原因是風(fēng)力機(jī)造價(jià)太高，當(dāng)前風(fēng)電每度（kwh）約5美分，而火電只有3美分[1]。

從國外資料看，風(fēng)電在1981年為每度7美分，到1993年就降低到每度5美分[1]。美國能源署期望到2000年能達(dá)到4美分[2]。風(fēng)電成本很難迅速降低，主要是由現(xiàn)代水平軸旋槳式風(fēng)力機(jī)本身的局限性造成的。

擺翼式立軸風(fēng)力機(jī)是一種全新的風(fēng)力機(jī)。最近開發(fā)成功的250瓦微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)顯示出很高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，使風(fēng)電成本急降到2.4美分，比火電還低。在價(jià)格規(guī)律支配下，風(fēng)能已有條件進(jìn)行全面推廣，從而替代火電成為新世紀(jì)的主要能源。

與同類產(chǎn)品相比，擺翼式立軸風(fēng)力機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)提高了三倍多，如下表所示：

產(chǎn)品
容量（瓦） 額定風(fēng)速（米/秒） 重量（公斤） 價(jià)格（元）
擺翼式立軸風(fēng)力機(jī) 250 8 20 800
南航司達(dá)牌風(fēng)力機(jī) 200 8 115 2100

按使用壽命只算10年，滿負(fù)荷率18%計(jì)算，該產(chǎn)品可發(fā)電：
10 × 365 × 24 × 0.18 × 0.25=3945 (kwh)

所以，每度只需要0.202元，折合2.4美分，比火電還便宜二成多。如果開發(fā)出大型、巨型風(fēng)力機(jī)，風(fēng)電的成本將會(huì)降得更低。擺翼式立軸風(fēng)力機(jī)所以能有如此卓越的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，是有其內(nèi)在原因的。與現(xiàn)代水平軸風(fēng)力機(jī)相比，它有以下特點(diǎn)：
不需要迎風(fēng)機(jī)構(gòu)
立軸式風(fēng)力機(jī)不存在風(fēng)向改變的問題，所以無需迎風(fēng)機(jī)構(gòu)。而水平軸風(fēng)力機(jī)不但不可沒有迎風(fēng)機(jī)構(gòu)，而且還需要將全部風(fēng)力發(fā)電機(jī)組搬上塔頂，這是是十分不方便的。

簡單有效的自動(dòng)化氣動(dòng)力布局
如果將飛機(jī)的兩個(gè)翼片豎立安裝在兩側(cè)，就構(gòu)成一個(gè)立軸風(fēng)力機(jī)。由于風(fēng)對兩側(cè)翼片所生的力相互抵消，因此這風(fēng)力機(jī)將不會(huì)啟轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在世界范圍內(nèi)立軸風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)專利有上百種，有使用附加翼面的，也有使用連桿、凸輪等機(jī)械裝置的，都相當(dāng)復(fù)雜，難以經(jīng)濟(jì)有效地實(shí)現(xiàn)，只有Darrius式立軸風(fēng)力機(jī)例外。但它在風(fēng)小時(shí)會(huì)停轉(zhuǎn)，因此不會(huì)自行啟動(dòng)。美國能源署的Sandia國家實(shí)驗(yàn)室專門研究開發(fā)這種風(fēng)力機(jī)，已有產(chǎn)品可與水平軸風(fēng)力機(jī)競爭，但尚未超過它。

擺翼式立軸風(fēng)力機(jī)利用氣動(dòng)力原理，將翼片偏擺軸置于其空氣動(dòng)力中心之前，在風(fēng)的作用下，翼片在兩側(cè)自動(dòng)擺向相反的一邊，因而產(chǎn)生同一方向的力矩，協(xié)力驅(qū)動(dòng)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。其結(jié)構(gòu)極為簡單，詳見圖一。



圖一 擺翼式立軸風(fēng)力機(jī)作用原理

圖一給出了風(fēng)力機(jī)的俯視圖，繪出了上風(fēng)和下風(fēng)位置中翼片所處工作狀態(tài)下速度和氣動(dòng)力的矢量圖。風(fēng)從左側(cè)來，在上風(fēng)時(shí)，翼片相對氣流的流速為V1，其作用點(diǎn)即空氣動(dòng)力中心a1在偏擺中心，即支點(diǎn)P1之后，因而使翼片前緣擺向外側(cè)，受定位釘s1的限制，停在所示位置。這時(shí)的攻角是α1，相應(yīng)產(chǎn)生升力L1和阻力D1的合力R1，對風(fēng)力機(jī)立軸產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)力矩f1r（r是風(fēng)力機(jī)的半徑）；而在下風(fēng)時(shí)，氣動(dòng)力使翼片前緣向內(nèi)擺，停在定位釘s2的位置上，這時(shí)攻角為α2，產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩是f2r，繼續(xù)推動(dòng)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

特大風(fēng)時(shí)自動(dòng)卸載

擺翼式立軸風(fēng)力機(jī)的翼片在遇到災(zāi)難性的特大風(fēng)時(shí)能自動(dòng)順槳，使其攻角為零，從而使翼片負(fù)荷幾乎完全解除，大風(fēng)過后再自動(dòng)恢復(fù)。這使風(fēng)力機(jī)的強(qiáng)度計(jì)算風(fēng)速從50米/秒以上下降到25米/秒，風(fēng)壓減少4倍多，所以整個(gè)風(fēng)力機(jī)可以設(shè)計(jì)得十分輕巧，大大降低了造價(jià)。這在表一風(fēng)力機(jī)的重量中得到了充分反應(yīng)。

簡單有效的離心力控制的恒速裝置

擺翼式立軸風(fēng)力機(jī)的調(diào)速裝置很簡單，亦很有效。因?yàn)橐砥珨[時(shí)的定位釘是受離心力控制的，因此轉(zhuǎn)速超過定額時(shí)定位釘向內(nèi)移動(dòng)，減小攻角，從而減小驅(qū)動(dòng)力矩，使風(fēng)力機(jī)回到額定轉(zhuǎn)速，反之亦然。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在風(fēng)速或負(fù)載改變時(shí)，風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速保持恒定。這有利于發(fā)電機(jī)頻率的設(shè)定。

采用銷齒輪增速

風(fēng)力機(jī)本身轉(zhuǎn)速很低，必須增速十多倍才能用來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，因此發(fā)電機(jī)極笨大，很不經(jīng)濟(jì)。而大傳動(dòng)比增速齒輪箱的造價(jià)很貴。因此，我們采用了銷齒輪驅(qū)動(dòng)進(jìn)行增速，一級就解決問題。用滾動(dòng)軸承的滾柱體作銷齒，十分便宜，使增速機(jī)構(gòu)價(jià)格大大降低。銷齒組的機(jī)械效率較差，但這可以用增大風(fēng)力機(jī)直徑和翼片長度的辦法來補(bǔ)償。后者所增費(fèi)用不大，總的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可大大提高。

先進(jìn)的工藝設(shè)計(jì)

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，盡可能采用鈑金冷加工、電阻焊、塑料、膠接、玻璃鋼等新工藝，以利于進(jìn)行大批生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，大幅度降低生產(chǎn)成本，也盡量保證互換性，使維護(hù)組裝方便，以便于售后服務(wù)。
由于以上這些特色，才使得擺翼式立軸風(fēng)力機(jī)能有杰出的表現(xiàn)。

使風(fēng)能普及，以代替火電，可以大大改善大氣污染，緩解氣候變暖的危害，這當(dāng)然是值得追求的事業(yè)。擺翼式立軸風(fēng)力機(jī)的高經(jīng)濟(jì)效益，已經(jīng)使原為制約因素的價(jià)格規(guī)律轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)大的推動(dòng)力。依靠市場，風(fēng)能開發(fā)就能夠自行推廣普及，不需要國家大量投資。但政府的引導(dǎo)扶持也是十分重要的，有三個(gè)方面的問題需要引起注意：
一是小型風(fēng)力機(jī)作為節(jié)能裝置大量推廣的問題。
小型、微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)如為家庭所采用，就能得到大范圍推廣。因此，開發(fā)利用大范圍風(fēng)能資源，其總體容量非常可觀，作為一種節(jié)能措施，是值得重視的。
小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的獨(dú)立運(yùn)行有儲(chǔ)能的問題。這可用蓄電池解決，以便于無風(fēng)時(shí)有電可用，有風(fēng)不用電時(shí)將電能儲(chǔ)存。由于蓄電池價(jià)格高、維護(hù)難，使用電成本大大提高，因此并不受歡迎，這就難以使小型風(fēng)電得以普及，達(dá)不到大范圍節(jié)約電能的目的?，F(xiàn)在國內(nèi)絕大部分鄉(xiāng)村已通電，為使小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠掛電網(wǎng)，以使無風(fēng)時(shí)保證供電，有風(fēng)不用電時(shí)可將電能反饋到電網(wǎng)儲(chǔ)存起來，這樣便可將用電成本大大降低，從而受到廣大用戶歡迎，而這對電廠并無任何損失。但該技術(shù)急需解決電能反饋問題，同時(shí)也增加了電網(wǎng)控制難度。但為了節(jié)能，很值得嘗試，希望政府能倡導(dǎo)并加以規(guī)范。

二是巨型風(fēng)力發(fā)電機(jī)問題。
巨型風(fēng)力發(fā)電機(jī)本來與電網(wǎng)聯(lián)接，不存在上述問題。但巨型機(jī)還有待開發(fā)，我們預(yù)備先進(jìn)行3千瓦小型機(jī)的開發(fā)，待取得經(jīng)驗(yàn)后再開發(fā)300千瓦的巨型機(jī)。這需要投入一定的人力和財(cái)力，更需要政府的扶持。
三是要培養(yǎng)一支技術(shù)力量。

風(fēng)力發(fā)電是一門綜合性很強(qiáng)的工程技術(shù)，涉及空氣動(dòng)力、結(jié)構(gòu)力學(xué)、飛機(jī)制造工藝、機(jī)械制造工藝、電機(jī)工程和自動(dòng)控制等多種學(xué)科，可以在有條件的高等院校設(shè)置專業(yè)，只招研究生，培養(yǎng)一批技術(shù)人才，以進(jìn)一步發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的工程技術(shù)。