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双叶轮型水平轴风力机性能优化研究

上海法诺格风能科技有限公司

科技部楼顶的双叶轮力机

用于街道照明的微型机

风力发电机组不同于火电等传统发电机组的最大之处在于其原动机功率的本质不可控,这是由风速的易变性和不可控性造成的。风速状况对风力发电系统的性能有着重要的影响,当前所有风力发电机都不同程度地存在着以下一系列相同的技术难题:

①对低速风能缺乏有效捕获能力,往往需要数分钟后方能转动;即使启动,发电效率也很低。

②低风速时能够启动,但是到了高风速时风能利用效率很低。

③对中、低风的响应速度太慢,对阵风捕捉不到电能。

本项目前部分研究已基本解决了以上具有连环矛盾的世界性难题,后续研究的目标为对本项目新型风力发电机的先导转子性能进一步优化,进而实现产品性能的最优化,使之在技术、性能与价格的对比上达到世界先进水平,并快速推动本项目产品的产业化进程。

本项目是在上海科促会“联盟计划-难题招标专项”活动和上海理工大学的协助下开发研究的。

  • (一)研发的内容:

解决风电行业的两个技术难题:风力发电机的“低风速的实用性”和“高风速的安全性”。

该项目产品于2009年8月获得第四届中国技术市场协会金桥奖优秀项目奖

1、为解决“低风速的实用性”,研究的主要内容:

①大升阻比翼型在双叶轮型风力机上应用的研究;

②高速叶轮与低速叶轮的最优匹配的研究

A、主转子与副转子最佳轮径比的研究;

B、主转子与副转子最佳间距关系的研究;

C、先导转子气动的最佳优化设计;

D、副转子的最佳叶型与叶片数量匹配关系的研究;

③前后叶轮的相互干扰与运行稳定性的关系的研究;

④传动轴式超越离合器的最佳优化设计的研究

⑤叶片纤维材料的优化分析与工艺试制。

2、为解决“大风速的安全性”,研究的主要内容:

①风力发电机组机械结构研究;

②电气控制可靠性研究。

  • (二)主要技术创新点:

1、具有“超低风速启动发电”、“低风速下高效率发电”特性,从而能大幅度地拓宽风电的应用空间,大幅度地延长风电的应用时间,大范围地覆盖广大潜在的客户群体,大幅度地提高风电的应用价值,使清洁风能的大规模应用并逐步替代常规能源成为可能。

2、具有“从低风速到高风速的宽变速范围内始终高效发电”特性,从而能大幅度提高风电效率,提高对电网的稳定性,降低风电成本与上网电价。

3、独特的双转子结构对保护鸟类免受伤害具有明显效果,保护了鸟类与生态环境,促进人与自然的和谐共存.

本项目的研发过程充分体现了以企业为主导,以“联盟计划”为产学研合作平台,发挥高校的研发优势的新型校企产学研联盟的合作模式。上海理工大学在研发过程中提供了研发人员、实验环境、测试设备等关键环节,为本项目的顺利开展奠定了基础。

在具体研发过程中,公司与上海理工大学叶轮机械与流体工程研究所做了大量的实验和测试。上海理工大学出具的产品试验报告表明:本项目产品复合转子风力发电机的平均启动转速为1.7m/s,明显低市场主流产品,同时在低风速下有着较好的功率性能。

本项目的技术突破一举攻克了风电行业最有价值的、一直以来被人们梦寐以求但长期无法化解的连环矛盾的世界级难题,突破了现有风电技术的地域、时段、群体的应用限制,使风力发电具有更高的应用价值与商业价值,将改变行业结构和产业格局,为风力发电的大规模商业开发与普及利用创造了前提条件。

公司目前已完成超越离合高效复合转子风力发电机的研发和相关技术专利的申报,并具备持续发展所需的技术研发能力。专利申请情况:

①、一种风力发动机的复合转子系统          发明专利

②、一种风力机的复合转子系统            实用新型

③、风力发电机                   外观设计

④、风力发动机的复合转子系统及风力发动机      发明专利

⑤、风力发动机的复合转子系统及风力发动机      实用新型

⑥、超越离合器                   发明专利

⑦、超越离合器                   实用新型

近期,该成果已成功应用于全国乃至世界首例风电与水电互补并网发电的示范项目中,是由国家水利部、水利局、水利部农村电气化研究所、亚太地区小水电研究培训中心和上海理工大学与上海法诺格风能科技有限公司共同建设完成。

该项目的顺利完成使中国小型水电焕发活力的又一大重要技术突破。

在各方领导的大力支持下,经过多年的艰苦努力,双叶轮型水平轴风力机性能优化研究已成功完成,并且拥有完全自主知识产权。

在该项目中,上海科促会给予了大力支持。虽然资助的资金有限,但对于提升企业和科研人员的信心起到了关键的作用。联盟计划资助后,在上海理工大学科研人员的帮助下,分别在企业和学校建立了两个新产品开发检测中心。

通过与上海理工大学的产学研战略合作,企业不仅增强了自主创新的理念,还对企业的人才培养、现代化的生产管理起到了巨大的推动作用。上海科技成果转化促进会使得企业与高校的产学研战略联盟的关系更加紧密,特别是在当前国际金融危机的形势下,为新产品的工业化生产的技术研究提供了很大帮助。

在上海科促会的支持下,通过本项目的产学研合作,双方深刻体会到,企业和高校的技术和人才的结合,能高效地推动科技成果的转化和产业化。