世纪风能风电新技术全自动多叶片变角调速风轮

　　调速风轮 
　　序言
　　世界能源消耗越来越严重，不可再生能源储量越来越少，能源危机一步一步向我们迈进，“节能、环保”已经成为人们最关注的话题。可再生能源的开发与利用也日益成为世界各国研究的主要方向，我国也早在多年前就提出了可持续发展道路，各界知识分子、专家学者也纷纷用自己的智慧在这个方向上奋斗着。风能、太阳能、生物智能纷纷登上历史舞台。
　　一、我国的能源供应和环境保护现状与对策
　　回顾我国在“十五”期间经济的高速增长，很大程度上是靠过度消耗能源和增加环境负担实现的。据国家统计局数据显示2004年GDP增长为9.7%，但能源消耗增长高达17.4%，给我国能源供应和环境保护产生巨大压力。针对这种现状，我国在《“十一五”规划建设》中明确提出“加快风能、太阳能、生物质能等可再生能源开发利用，强调大力节约能源资源。要求“十一五”期间单位GDP能耗比“十五”期末降低20%左右，积极发展新能源和可再生能源成为可持续发展的重要保证。风能作为可再生能源得到了迅猛的发展。
　　二、我国风能储量
　　我国有丰富的风能资源，据初步测算，在陆地离地面10M高度处，我国可开发风能储量为2.53亿千瓦，海上可开发储能为7.5亿千瓦。风电资源是新能源中发展潜力最大的可在生能源，也日益发挥着重要的作用。正式这样巨大的发展前景与巨大的社会效益和商业价值，促使风电设备制造企业与应用企业迅速成长起来。
　　三、我国风电历史与目前风电市场现状
我国早在上世纪八十年代北京联合收割机总厂便已经生产了FD1.6-50型两扇叶带偏航装置的三项交流永磁式风力发电机组。该发电机可输出14伏的直流电可以供远离供电网、交通不便、具有风力资源的牧区、农村、山区海岛居民照明、收听广播、通讯等应用。
　　近几年随着风能的发展，风电设备市场日益火热起来，风电企业间的竞争也越来越激烈。2004年以前国内只有6家风电企业，但是到了2007年底较有规模的企业已经达到40家左右，这就是行业增长太快导致的结果。现在风电行业正处于一个高速发展的时期，业内的竞争格局也在不断发生变化。在2006年以前的整体，运动性质截然相反，是不能相提并论的。
其二，“三叶片风轮”的叶片几何形状不合理，导致叶片本体产生力矩损失严重
　　1、叶片迎风产生旋转力矩原理，是一种典型的“重心”在中间的一种“杠杆原理”。叶片顶部上的点一定是迎风产生力矩的值最大，而根部上的点一定是迎风产生力矩值最小的，叶顶处的施力是极具利用价值的。所以，设计叶片时，在条件允许的情况下，叶顶部应设计的尽量宽一些，以便使叶片更有效地利用风能在叶顶部产生的力矩。
　　2、因叶片是绕轴旋转的，所以距离轴心越近的点的运行轨迹周长越短市场份额中，外资企业占有相当大的优势，然而到2007年底国内企业的市场份额已经达到56%，超出了外商的44%。国内的企业也已经从过去的一枝独秀改变成了诸侯割据的局面。但是，从外资和内资实力对比来看，我国风机制造业内资实力仍然比较弱，无论在技术还是在产品质量上同国外制造商都存在差距。目前，我国仅在600KW、750KW及以下风机实现了完全的国产化，世界上的主流机型MW级风机仍然处于试用和推广阶段。
　　由于我国风机制造同国外先进水平的差距，我国国内风机制造主要通过引进国外技术、合资等方式进行生产，以实现跨越式发展。国内主要的风机制造企业仍未具备独立开发设计风机特别是大容量风机的能力。风电设备的研究创新工作十分艰巨。
　　四、 传统“三叶片风轮”技术存在误区
　　大家都知道风轮和叶片是风力发电机获取风能的动力获取机构，风轮获取风能的能力将直接影响风力发电机的发电效率。目前，市场上的风轮和叶片主要是引进的西方传统的“三叶片风轮”技术。该技术虽然是风力发电机的传统理论，但是随着风电领域有识之士与专家学者的多年研究试验，发现该理论存在很大误区。“三叶片风轮”技术存在以下错误观念：
其一，由于受前苏联（1931）参考直升机螺旋桨制造的一台大型风力发电机的影响，“三叶片风轮”的设计一直搬用直升机螺旋浆的设计理论为其所用。其实螺旋浆的机械原理和风轮的机械原理是有本质上的区别的。
 　　风轮的设计目的是为了利用流动的空气的动能而得到带动发电机旋转的机械能；螺旋浆的设计目的是为了克服地心引力而利用空气的浮力。风轮本体的运动性质是叶片控制轮轴旋转，叶片是主动、轮轴是被动；螺旋桨本体的运动性质是与风轮恰恰相反，是轮轴控制叶片旋转，轮轴是主动的，叶片是被动。这两种机械的设计目的不同，距离轴心越远的点的运行轨迹周长越长。因此，在风轮迎风旋转时，距离轴心越近的点的线速度越低，距离轴心越远的点的线速度越高，根据这种风轮旋转时的圆周运动特性，所以说，叶片形状应该越靠近轴心处越窄，距离轴心越远处应该越宽。即叶片每一点的宽度应与这个点的线速度相吻合，叶片顶部越宽其获得的风能也将越大，风的利用率也会提高。