一、成果简介

    生态环境日益恶化,能源清洁化变革势在必行,对内陆地区城市周边的风力发电问题而言,其最大的问题是如何在风速较小且风向多变的情况下维持风机低噪音运转发电,以保证风能的高效利用。本项目结合缩比模型风洞试验,对20KW垂直抽风机进行设计:1)完成同步套筒的设计及优化,解决了上、下发电机不同步问题;完成了对新的碳纤维叶片强度分析和相关的铺层设计工作,在保证同等强度的前提下,所应用新型碳纤维复合材料技术叶片相比原来玻璃钢材料叶片重量降低40%,大幅降低了风机的启动转矩;完成了垂直轴风力发电机组的电驱启动系统的设计,客服风力发电机在死点位置的起动问题,扩大风力发电机低风速利用范围,提高风能利用率,该20KW垂直轴风力发电机具有风电利用效率高、噪音低、无需对风等特点,应用前景广阔。


二、成果应用效果说明

    目前,该20KW垂直轴风力发电机组已经顺利安装调试完成,融入山东电科院新能源综合利用示范工程中,也成为国内单机容量最大的垂直轴风力发电机组产品,运行水平达到国际领先水平。目前,单台风机年节约标准煤约15.99吨,减排二氧化碳约47.84吨,减排二氧化硫约1.21吨,相当于种树2115棵,年创经济效益107万元,具有良好的经济效益和显著的社会效益。


三、成果推广前景描述

国网山东省电力公司电力科学研究院与国能风力发电有限公司合签订了技术合作协议,对该20KW垂直轴风力发电机共同研发,进行自主设计、制造和维护,我们拥有完全的知识产权。

该风机具有风能利用效率高、噪音低、无需对风等特点,除了风电场之外,还可广泛安装于学校、居民区、别墅区等噪音要求较高的场所;同时,作为微网及分布式发电系统的发电源,可与储能元件配合,应用于边远地区、岛屿和移动站等场所。另外,对有些风向不稳定的区域尽管年平均风速较大,但风向变化频繁,此时水平轴风力发电机犹豫频繁对风而导致不能有效利用该地区的风力资源,而该20KW垂直轴风力发电机恰好能解决这个问题。未来,我们将加大研发力度,进一步拓展垂直轴风力发电机系列产品的种类,使其具有广阔的应用前景。

目前,该项目已获得“2016年山东省电力职工技术成果奖一等奖”,“2016年全国电力职工技术成果奖二等奖”,“2016年度山东省环境保护科学技术奖三等奖”等诸多奖项,并有“2016年山东电力科学技术奖”和“2016年中国优秀工业设计奖”等奖项在评审之中。


四、垂直轴风机的优势


(一)、发电效率高、发电量大

1、叶片效率高。叶片选用翼型经过风洞测试,数据真实可靠。

2、无需对风,发电量大,适用于城区等风向不稳定区域。

3、对空气湍流要求低,可降低风机间距,增加面积利用率。

4、风机效率在工作范围内基本保持不变,均可达到较高水平。


(二)、环境友好

1、噪音极低,可安装于学校、居民区等噪音要求较高的区域。

2、基本无负压区,对候鸟等无影响。

3、环境要求低,安装地点灵活。

4、多种电压输出方案,适应不同应用环境。


(三)、可靠性高

1、结构简单。无传动、变桨、偏航机构,减少维护工作量。

2、风轮重量轻、运行平稳、离心力自平衡。

3、完善的保护措施。电气刹车、电磁或液压刹车、机械刹车等。

4、方便设置防雷装置,有效防止雷击。


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