本帖最后由 twq19810302 于 2022-10-10 09:50 編輯
撲翼風(fēng)力發(fā)電機(jī) | Youtube/ TYER WIND
這只萌萌噠的“小兔子”,，居然也能發(fā)電,？沒錯(cuò),！它隨風(fēng)搖動(dòng)“翅膀”的同時(shí),，正在源源不斷地輸出電力,。
提起“風(fēng)力發(fā)電機(jī)”，你的腦海中是不是立刻浮現(xiàn)出“三葉片白色大風(fēng)車”,？
主流的三葉片風(fēng)力機(jī) | Pixabay
除了這經(jīng)典的造型之外,，真實(shí)的風(fēng)力機(jī)還有著各種魔性的造型。 為什么是三葉片,？
風(fēng)車作為風(fēng)電機(jī)的“鼻祖”,，在荷蘭發(fā)揮了巨大的排水作用，從而聞名世界,。四葉片荷蘭風(fēng)車的形象也深入人心,。
美國西部的多葉片提水風(fēng)車曾經(jīng)也廣為流行。多支葉片可以使整個(gè)風(fēng)輪產(chǎn)生較大的功率,，提供更充足的動(dòng)力,。
多葉片風(fēng)車 | Pixabay
四葉片甚至多葉片風(fēng)車已經(jīng)成型，為什么到風(fēng)力發(fā)電機(jī)上,，變成了三葉片呢,？
葉片數(shù)目不會(huì)直接影響能量利用率，相反,，葉片數(shù)目過多會(huì)干擾空氣流動(dòng),，降低風(fēng)能的利用率。風(fēng)能利用設(shè)備最多只能捕獲風(fēng)中59.3%的動(dòng)能,，并加以利用,。這么說來，風(fēng)力機(jī)哪怕只有一支葉片,，也可以產(chǎn)生同樣多的電,。
單葉片風(fēng)力機(jī) | Youtube/Audun
不過，單葉片風(fēng)電機(jī)并沒有成為主流,。單只葉片會(huì)使風(fēng)輪極度不平衡,，嚴(yán)重威脅整個(gè)風(fēng)電機(jī)組的安全性。想象一下,，一大團(tuán)衣服纏繞在一起甩干時(shí)的樣子……整個(gè)洗衣機(jī)會(huì)劇烈振動(dòng),，甚至直接罷工。
對(duì)稱的兩支葉片可以改善這種受力不平衡的狀況,，但依然不夠穩(wěn)定,，在更理想的載荷控制技術(shù)出現(xiàn)之前，雙葉片風(fēng)電機(jī)的應(yīng)用依然會(huì)受到限制,。
雙葉片風(fēng)力機(jī)示意圖 | Youtube/DOB-Academy studio
三葉片風(fēng)力機(jī)因其最佳的布局形式解決了平衡的問題,，但“重”也成為“痛點(diǎn)”之一。單個(gè)風(fēng)電葉片重達(dá)20噸,，三支葉片組成的風(fēng)輪就超過了60噸,，真就是一個(gè)沉甸甸的大家伙,。地面上的基礎(chǔ)一旦存在有質(zhì)量問題，整個(gè)機(jī)組都有可能傾覆倒塌,。
倒塌的風(fēng)力機(jī) | Youtube/ DailyTop20s
有的廠家將風(fēng)力機(jī)“化整為零”,，使用多支小葉片，變身為四頭十二臂,。2016年,，風(fēng)電龍頭企業(yè)維斯塔斯（Vestas）在丹麥技術(shù)大學(xué)（Technical University of Denmark）安裝了一臺(tái)有四個(gè)風(fēng)輪的風(fēng)力機(jī)，機(jī)組在悄無聲息地運(yùn)轉(zhuǎn)了兩年之后被完全拆除,。由于機(jī)型的稀缺性導(dǎo)致相關(guān)數(shù)據(jù)異常寶貴,，兩家機(jī)構(gòu)至今也幾乎從未對(duì)外公開過任何數(shù)據(jù)。
四風(fēng)輪風(fēng)力機(jī) | Power-Technology
沒葉片,，也有電
瘋狂的科學(xué)家并不甘心接受平庸的葉片,，從而提出了“無葉片”方案。傳奇的電學(xué)巨匠特斯拉（Nikola Tesla）就曾經(jīng)申請(qǐng)過一款無葉片渦輪機(jī)的專利,，但由于缺少合適的制造材料,，最終不了了之。
特斯拉無葉片渦輪機(jī)原理圖 | Homeconstructor.de
基于這個(gè)思路,，人們研發(fā)出了蝸殼外形的無葉片風(fēng)力機(jī),。風(fēng)推動(dòng)內(nèi)部的圓盤旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電,。然而,，這種“小豬佩奇”般的風(fēng)電機(jī)，需要嚴(yán)格保證各個(gè)部件加工制造的精度,，同時(shí)要求風(fēng)必須對(duì)準(zhǔn)進(jìn)風(fēng)口,，這樣苛刻的條件制約了它的發(fā)展。
無葉片風(fēng)力機(jī)的原型機(jī) | endalldisease.com
為了利用各個(gè)方向的來風(fēng),，人們開發(fā)出“倒置大喇叭”造型的無葉片風(fēng)力機(jī),。這個(gè)在衡水市安裝使用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，能夠全方位捕捉風(fēng)能,，并充分利用微風(fēng),，待氣流進(jìn)入內(nèi)部后，隨著沿途緩慢收縮的管道,，氣流速度被逐漸增大，最后推動(dòng)位于截面最窄處的發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電,。
藍(lán)色線表示空氣流速低,，紅色線表示空氣流速高 | Powermag
除了通過把風(fēng)“騙”到自身內(nèi)部進(jìn)行發(fā)電，有的企業(yè)更進(jìn)一步,，回歸到最簡單的柱狀結(jié)構(gòu),，推出了“如意金箍棒”——無葉片渦振器（Vortex Bladeless）,。
無葉片渦振器 | Vortexbladeless
它利用了“卡門渦街”現(xiàn)象：空氣流過時(shí)，會(huì)產(chǎn)生“漩渦”,，誘發(fā)柱子產(chǎn)生往復(fù)振動(dòng),。簡單地說就是柱子搖一搖，電就發(fā)出來,。但該機(jī)型的效率極為有限,，長期的振動(dòng)會(huì)加劇材料的磨損，目前尚不具備商業(yè)化應(yīng)用價(jià)值,。
無葉片渦振器原理 | Vortexbladeless
同樣借助“渦旋脫落效應(yīng)”的,，還有另外一款無葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)“薩芬尼亞”（Saphonian bladeless）。相比“金箍棒”風(fēng)力機(jī),，“薩芬尼亞”的頂部安裝了一個(gè)活動(dòng)的圓盤和一只尾舵（豎起來的梯形板）,。
“薩芬尼亞” | endalldisease.com
未來可期的垂直軸風(fēng)力機(jī)
2016年，冰島國家音樂中心附近的風(fēng)電公交車站投入運(yùn)營,，車亭上方奇怪造型的的垂直軸風(fēng)力機(jī)為照明和電子產(chǎn)品提供電力,。這臺(tái)機(jī)組不僅能夠適應(yīng)低風(fēng)速環(huán)境（2米/秒）,在颶風(fēng)等級(jí)（超過50米/秒）的寒風(fēng)中同樣可以正常工作。
冰島垂直軸風(fēng)力機(jī) | Designboom
垂直軸風(fēng)力機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸垂直于氣流方向,，一般也垂直于地平面,。傳統(tǒng)的水平軸風(fēng)力機(jī)需要面朝大風(fēng)，而垂直軸風(fēng)力機(jī)對(duì)任意風(fēng)向的風(fēng)都是來者不拒,，照單全收,。
垂直軸發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)承載力也大大增強(qiáng)，從而可以應(yīng)對(duì)更強(qiáng)的風(fēng)級(jí),。這些特性使得垂軸發(fā)電機(jī)在廣袤的海洋煥發(fā)生機(jī),。
漂浮式V形垂直軸風(fēng)力機(jī) | theguardian.com
腦洞大開的新型風(fēng)力機(jī)
荷蘭建筑師設(shè)計(jì)的“艾維康”（EWICON）是一張靜態(tài)的網(wǎng)，矩形的鋼架外網(wǎng)中放置有多根水平的絕緣管,，每根絕緣管上密集排布著噴嘴,，通過電極產(chǎn)生帶電的水霧，風(fēng)吹動(dòng)水霧形成電流,，從而產(chǎn)生電能,。
“艾維康”風(fēng)力機(jī) | WonderfulEngineering
電影《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》中，高空里漂浮著很多的汽艇發(fā)電機(jī)為城市供電,，其實(shí)這一技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了,。高空的平均風(fēng)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地表，并且風(fēng)速波動(dòng)更加平穩(wěn),，多家公司把目光投向了具有巨大潛在價(jià)值的高空風(fēng)電,，制造出商品化的“汽艇發(fā)電機(jī)”。
《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》中空中風(fēng)力機(jī) | 影片截圖
現(xiàn)實(shí)中的高空發(fā)電機(jī) | everythinginflatables
為了使整體結(jié)構(gòu)更加輕盈，“風(fēng)箏風(fēng)力機(jī)”應(yīng)運(yùn)而生,。
高空風(fēng)箏風(fēng)力發(fā)電機(jī) | Hazebird
雖然這些“腦洞大開”的風(fēng)電機(jī)看似美好,，但如何高效、穩(wěn)定地傳輸電力依然是個(gè)大問題,，阻礙了更大規(guī)模的應(yīng)用,。
當(dāng)今，成熟的三葉片風(fēng)力機(jī)技術(shù)已經(jīng)大規(guī)模投入使用,，但科學(xué)家們依然在探索著新型發(fā)電機(jī),。千奇百怪的外形只是表面現(xiàn)象，無限接近風(fēng)能利用極限是風(fēng)能研究的永恒目標(biāo),。這些藝術(shù)外表下的極致追求,，正是科學(xué)家的浪漫所在。
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發(fā)表于 2022-10-10 09:48:07
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