风力发电机必须有叶片？不是！我的世界观被刷新了……
本帖最后由 twq19810302 于 2022-10-10 09:50 编辑https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/6081eae52c8a4bb397dd16c6a26e4357~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1665970417&x-signature=L4GazSGLrURbJxAENlCIL0fmaD0%3D
扑翼风力发电机 | Youtube/ TYER WIND
这只萌萌哒的“小兔子”，居然也能发电？没错！它随风摇动“翅膀”的同时，正在源源不断地输出电力。
提起“风力发电机”，你的脑海中是不是立刻浮现出“三叶片白色大风车”？https://p9.toutiaoimg.com/origin/tos-cn-i-qvj2lq49k0/9c314a2332b24b1283a2c796df5a64e9
主流的三叶片风力机 | Pixabay
除了这经典的造型之外，真实的风力机还有着各种魔性的造型。为什么是三叶片？
风车作为风电机的“鼻祖”，在荷兰发挥了巨大的排水作用，从而闻名世界。四叶片荷兰风车的形象也深入人心。
美国西部的多叶片提水风车曾经也广为流行。多支叶片可以使整个风轮产生较大的功率，提供更充足的动力。https://p9-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/b8ccd10f56b64b32907634bbbe10b792~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1665970417&x-signature=CNj4Y9yvavEf6VoCqwNi1YXbNrU%3D
多叶片风车 | Pixabay
四叶片甚至多叶片风车已经成型，为什么到风力发电机上，变成了三叶片呢？
叶片数目不会直接影响能量利用率，相反，叶片数目过多会干扰空气流动，降低风能的利用率。风能利用设备最多只能捕获风中59.3%的动能，并加以利用。这么说来，风力机哪怕只有一支叶片，也可以产生同样多的电。
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单叶片风力机 | Youtube/Audun
不过，单叶片风电机并没有成为主流。单只叶片会使风轮极度不平衡，严重威胁整个风电机组的安全性。想象一下，一大团衣服缠绕在一起甩干时的样子……整个洗衣机会剧烈振动，甚至直接罢工。
对称的两支叶片可以改善这种受力不平衡的状况，但依然不够稳定，在更理想的载荷控制技术出现之前，双叶片风电机的应用依然会受到限制。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/f841a18334164de0ba898c5570d0a385~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1665970417&x-signature=8ZV05NTQMbGYdfClnOMmM4WMwTg%3D
双叶片风力机示意图 | Youtube/DOB-Academy studio
三叶片风力机因其最佳的布局形式解决了平衡的问题，但“重”也成为“痛点”之一。单个风电叶片重达20吨，三支叶片组成的风轮就超过了60吨，真就是一个沉甸甸的大家伙。地面上的基础一旦存在有质量问题，整个机组都有可能倾覆倒塌。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/bb29164e9fd04be488f73dfe53d53ace~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1665970417&x-signature=Z5P0rHzWNVArJHCLlH8EKldNjWo%3D
倒塌的风力机 | Youtube/ DailyTop20s
有的厂家将风力机“化整为零”，使用多支小叶片，变身为四头十二臂。2016年，风电龙头企业维斯塔斯（Vestas）在丹麦技术大学（Technical University of Denmark）安装了一台有四个风轮的风力机，机组在悄无声息地运转了两年之后被完全拆除。由于机型的稀缺性导致相关数据异常宝贵，两家机构至今也几乎从未对外公开过任何数据。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/55a4d1cc278b42778abfa20c6a2d226b~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1665970417&x-signature=zNtYJ6sNj8h%2BSp9JEAwROsFBChI%3D
四风轮风力机 | Power-Technology
没叶片，也有电
疯狂的科学家并不甘心接受平庸的叶片，从而提出了“无叶片”方案。传奇的电学巨匠特斯拉（Nikola Tesla）就曾经申请过一款无叶片涡轮机的专利，但由于缺少合适的制造材料，最终不了了之。https://p6.toutiaoimg.com/origin/tos-cn-i-qvj2lq49k0/07cb6c89ad584fbba2f097d19fb34d4b
特斯拉无叶片涡轮机原理图 | Homeconstructor.de
基于这个思路，人们研发出了蜗壳外形的无叶片风力机。风推动内部的圆盘旋转，带动发电机进行发电。然而，这种“小猪佩奇”般的风电机，需要严格保证各个部件加工制造的精度，同时要求风必须对准进风口，这样苛刻的条件制约了它的发展。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/c24f550fe895489c88f9dd9b68f02b95~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1665970417&x-signature=UV10ktBZTtxr6hGtvIUQpA6QzD8%3D
无叶片风力机的原型机 | endalldisease.com
为了利用各个方向的来风，人们开发出“倒置大喇叭”造型的无叶片风力机。这个在衡水市安装使用的风力发电机，能够全方位捕捉风能，并充分利用微风，待气流进入内部后，随着沿途缓慢收缩的管道，气流速度被逐渐增大，最后推动位于截面最窄处的发电机进行发电。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/4e372d811fc149c1ac8374c2c3479eb3~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1665970417&x-signature=bSw%2BIV2b9zpSt6beDNKxj8x4tKQ%3D
蓝色线表示空气流速低，红色线表示空气流速高 | Powermag
除了通过把风“骗”到自身内部进行发电，有的企业更进一步，回归到最简单的柱状结构，推出了“如意金箍棒”——无叶片涡振器（Vortex Bladeless）。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/1354a86addac40ffaef642675391b67a~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1665970417&x-signature=IIS4f7qCChPnbTtvyph5sHgHWYk%3D
无叶片涡振器 | Vortexbladeless
它利用了“卡门涡街”现象：空气流过时，会产生“漩涡”，诱发柱子产生往复振动。简单地说就是柱子摇一摇，电就发出来。但该机型的效率极为有限，长期的振动会加剧材料的磨损，目前尚不具备商业化应用价值。https://p3.toutiaoimg.com/origin/tos-cn-i-qvj2lq49k0/5d1a0891afcd46b39a876517f9b9207a
无叶片涡振器原理 | Vortexbladeless
同样借助“涡旋脱落效应”的，还有另外一款无叶片风力发电机“萨芬尼亚”（Saphonian bladeless）。相比“金箍棒”风力机，“萨芬尼亚”的顶部安装了一个活动的圆盘和一只尾舵（竖起来的梯形板）。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/fa1a3559a4f44e8dab678b01b2ac96a4~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1665970417&x-signature=srwUb3aOsGikLdObiUAQhlaAUq8%3D
“萨芬尼亚” | endalldisease.com
未来可期的垂直轴风力机
2016年，冰岛国家音乐中心附近的风电公交车站投入运营，车亭上方奇怪造型的的垂直轴风力机为照明和电子产品提供电力。这台机组不仅能够适应低风速环境（2米/秒）,在飓风等级（超过50米/秒）的寒风中同样可以正常工作。https://p26.toutiaoimg.com/origin/tos-cn-i-qvj2lq49k0/7d89b53fbf5940fd91b8dea768556f87
冰岛垂直轴风力机 | Designboom
垂直轴风力机的旋转轴垂直于气流方向，一般也垂直于地平面。传统的水平轴风力机需要面朝大风，而垂直轴风力机对任意风向的风都是来者不拒，照单全收。
垂直轴发电机的结构承载力也大大增强，从而可以应对更强的风级。这些特性使得垂轴发电机在广袤的海洋焕发生机。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/3dde207d2a624d8eb2dc080bea5aef25~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1665970417&x-signature=JTrSvRjKIK4M9Zlt3%2BHAKYen39E%3D
漂浮式V形垂直轴风力机 | theguardian.com
脑洞大开的新型风力机
荷兰建筑师设计的“艾维康”（EWICON）是一张静态的网，矩形的钢架外网中放置有多根水平的绝缘管，每根绝缘管上密集排布着喷嘴，通过电极产生带电的水雾，风吹动水雾形成电流，从而产生电能。
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“艾维康”风力机 | WonderfulEngineering
电影《超能陆战队》中，高空里漂浮着很多的汽艇发电机为城市供电，其实这一技术在现实生活中已经实现了。高空的平均风速远远大于地表，并且风速波动更加平稳，多家公司把目光投向了具有巨大潜在价值的高空风电，制造出商品化的“汽艇发电机”。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/47a7c6b1eead42d3820e50330393029f~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1665970417&x-signature=9n9TI0T%2BE2PDVv6eJtLZrzXQV0k%3D
《超能陆战队》中空中风力机 | 影片截图
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现实中的高空发电机 | everythinginflatables
为了使整体结构更加轻盈，“风筝风力机”应运而生。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/12c755dac45a4957a87ec01860964cd1~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1665970417&x-signature=%2BCb73HR%2FnpYYepTNtx8vcAD%2FFAk%3D
高空风筝风力发电机 | Hazebird
虽然这些“脑洞大开”的风电机看似美好，但如何高效、稳定地传输电力依然是个大问题，阻碍了更大规模的应用。
当今，成熟的三叶片风力机技术已经大规模投入使用，但科学家们依然在探索着新型发电机。千奇百怪的外形只是表面现象，无限接近风能利用极限是风能研究的永恒目标。这些艺术外表下的极致追求，正是科学家的浪漫所在。
长知识了，酷！ 自由的思想 ，研发出丰富的产品。 我还想转速那么慢，多几个叶片效率更高些。 科技与想象力并存:victory: 原来有这么多形式的风力发电，长见识了:)
sgxap666 发表于 2022-10-10 11:34
我还想转速那么慢，多几个叶片效率更高些。
我不是杠，高速情况下我们肉眼观察是转速慢的甚至会出现反转现象，这个风车我就不知道速度是怎么样了
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