垂直轴风力涡轮机正驶向大海

垂直轴风力涡轮机正驶向大海

垂直轴涡轮机在 1980 年代错过了它们的时刻,但它们又回来了,而且它们变得越来越大。这可能会让人感到意外。该技术仅限于利基应用程序,并且在几年前几乎被注销。现在,它们正准备在屋顶领域迎来新的增长点,甚至还准备出海。

通往垂直轴风力涡轮机的漫漫长路

对于那些不熟悉该主题的人来说,垂直轴风力涡轮机的设计目的是使弯曲的叶片围绕中心的直立杆旋转。如本文顶部的照片所示,美国能源部的桑迪亚国家实验室正在试验一种类似于 1980 年代打蛋器的放大设计。

这个想法最终被搁置了,取而代之的是如今人们熟悉的风力涡轮机,它看起来一点也不像打蛋器。传统的风力涡轮机部署在水平轴前方旋转的直叶片,水平轴位于狭窄塔的顶部。

纵轴活动仍然持续在规模较小的一端。大约十年前,它似乎已经准备好起飞,当时备受瞩目的业主和租户正在寻找新的方式来宣传他们的绿色形象。从街道上看,屋顶太阳能电池板并不特别明显,但风力涡轮机的边缘是一个引人注目的装饰。

在垂直轴场内外,各种小而奇形怪状的配置都出现了。在美国,体育特许经营权是早期采用者之一。早在 2010 年,费城老鹰队就从 UGE 公司购买了一套微型风力涡轮机,而布法罗比尔队也于 2011 年在拉尔夫威尔逊体育场的上游附近购买了一系列微型风力涡轮机。

花朵很快就从玫瑰上掉了下来。例如,UGE 于 2016 年出售了其风能部门,专注于社区太阳能领域。 2019 年,NBC-TV 报道说,老鹰队从林肯金融场拆除了风力涡轮机进行维修。截至今年年初,更换计划仍悬而未决。

永不放弃永不投降

实际上,玫瑰还没有开花。 2019 年,屋顶风电市场出现了一线希望,当时美国能源部的国家可再生能源实验室注意到对最小风力涡轮机(定义为 1 千瓦或以下)的需求有所上升。

能源部一直继续持有垂直轴火炬,部分原因是它有可能利用传统风力涡轮机不适合的建筑物和其他场所。该机构还在规模更大的一端捡起了球。 2019 年,该机构的 ARPA-E 资助办公室启动了一项赠款计划,旨在为海上风电场开发兆瓦级垂直轴涡轮机。

其他人也接受了升级的想法。例如,挪威公司 SeaTwirl 正在将 1 兆瓦垂直轴海上风力涡轮机推向市场。该公司认为,将更多涡轮机装入一个海上阵列的成本优势将吸引风电开发商。

规模的另一端是马萨诸塞州公司 ARC Industries,该公司正在销售一种用于屋顶的 3 千瓦垂直轴涡轮机。该公司刚刚在伯灵顿国际机场的停车场屋顶上部署了第一款名为 Orb 的模型。

屋顶微电网解决方案

屋顶风也可能有超过个位数千瓦规模的增长空间。最大的问题是中等规模的屋顶垂直轴风力涡轮机是否具有底线意义。也许不是靠他们自己,但德克萨斯公司 Hover 提出了一种“风力微电网™”屋顶组合系统,该系统将太阳能电池板和储能元件与垂直轴风力涡轮机组合在一起。

微电网方法可以提供更多扩大规模的机会,但目前 Hover 坚持使用 36 千瓦的垂直轴风力涡轮机。

“作为一个阵列安装在建筑物屋顶的迎风边缘,突破性的空气动力学设计将建筑物用作帆并提供商业规模的电力。直接驱动发电机可减少摩擦并允许低切速度,”Hover 解释说。

“安装在屋顶中央的太阳能光伏阵列作为涡轮阵列的补充,在白天发电。两种来源捕获的能量被引导到 Hover 的集成能源管理系统,在该系统中,能量被组合、清洁并转换为三相交流电,直接连接到建筑管理系统,”该公司补充道。

电池式储能系统使系统能够节省任何多余的电力。 Hover 在佛罗里达州的一个地点对该系统进行了两年的测试。尽管有两次飓风,该系统在整个期间继续按设计运行。根据建筑物及其居住者的需求,该系统可以使建筑物在紧急情况下脱离电网。

如果一切按计划进行,Hover 将在明年初启动新的田纳西州制造工厂,为已经处于计划阶段的十几个装置开始商业生产。

垂直轴风力涡轮机已经漂浮

回到将垂直轴风力涡轮机运送到海上的想法,让我们看看 ARPA-E 资助计划的进展情况。获奖者于 2020 年公布,其中之一是桑迪亚国家实验室。该实验室的任务是开发一种新的海上版本的垂直轴技术,称为 ARCUS。

为了引导垂直轴百合,该奖项规定新的风力涡轮机将在平台上漂浮到海上,而不是固定在海床上。

漂浮传统风力涡轮机的想法已经大受欢迎,因为它们可以锚定在对于固定平台建设来说太深的水域。垂直轴扭曲是一个新的,它可能会改变游戏规则。

如 ARPA-E 所述,垂直轴配置可以降低与传统浮动风力涡轮机所需的大型笨重平台相关的成本。

“VAWT [垂直轴风力涡轮机] 是海上漂浮场地的理想选择,”ARPA-E 热情地说。 “与水平轴风力涡轮机 (HAWT) 相比,它的优势包括不需要偏航系统、提高空气动力效率和涡轮机传动系统的较低水平放置,从而大大减少浮动平台质量和相关系统成本。

一个关键的区别是用张紧的拉线代替了中央塔。

“结果是转子质量比传统的 VAWT 低 50%,”ARPA-E 解释说。 “这极大地降低了平台和系统成本。项目团队不会设计平台来消除涡轮机的运动,而是设计振荡涡轮机平台系统,以在允许的响应范围内在极端天气条件下安全运行。”

我们将在明年资助期结束时了解更多信息。

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图片:1980 年代的垂直轴风力涡轮机,由桑迪亚国家实验室提供。

来源: CleanTechnica </a

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