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跟胖哥学物理不一样的风力发电

放大字体  缩小字体 发布日期:2023-02-11   来源:节能风电   作者:风电设备   浏览次数:93
核心提示:同学们参观了位于夷陵区百里荒风力发电,感受了风力发电神奇,同时也看到传统三叶风力发电并不是完全是环保的,当风车旋转是产生噪声让大家感觉很不舒服。其实,三叶风力发电机造成对自然环境影响还不仅仅是这些。大家都知道,风力发电机给百里荒景区带了一种风景,但是同时也带了很多问题。不知道同学发现没有,在百里荒景区,鸟鸣声很少,这其实就是风车旋转造成的。因为风车在旋转时,会产生一种吸引力,直接把附近飞行小鸟圈进风车,还有一个现实问题,风车旋转噪音也让自然中鸟类害怕。 其实,风力发动机建立,甚至会改变当地气候。因为风车改

   

同学们参观了位于夷陵区百里荒风力发电,感受了风力发电神奇,同时也看到传统三叶风力发电并不是完全是环保的,当风车旋转是产生噪声让大家感觉很不舒服。
其实,三叶风力发电机造成对自然环境影响还不仅仅是这些。
大家都知道,风力发电机给百里荒景区带了一种风景,但是同时也带了很多问题。
不知道同学发现没有,在百里荒景区,鸟鸣声很少,这其实就是风车旋转造成的。
因为风车在旋转时,会产生一种吸引力,直接把附近飞行小鸟圈进风车,还有一个现实问题,风车旋转噪音也让自然中鸟类害怕。
其实,风力发动机建立,甚至会改变当地气候。
因为风车改变风的大小和一种走向,从而使形成气压和降雨条件发生改变,从而影响当地气候。
同时,因为地球是一个巨大磁场,当风车在里面旋转是由于电磁感应会产生一种交变电流,而这种交变电流又会电磁波,从而对于雷达、通讯造成影响。
这也是三叶风车通常建在山大人稀地方原因之一。
更严重就是安全问题。
因为风力发电,风叶质量巨大,一旦出现质量问题,会对附近游客和工作人员生命安全受到影响,大家看到百里荒景区一个扇叶就是建立不久断裂的。
同时,因为三叶风车长期在一种凉风条件下,因为风中水蒸气很容易在叶片上结冰,跟飞机积冰一样是一个很大危险。
而且这些积冰由于叶片面积大而出现积冰质量也是巨大的。
环境温度较高时形成的明冰对翼型气动性能的影响较大,结冰导致翼型升力下降,升阻比减小,最大减小幅度达到61%,同时结冰后的翼型会提前进入失速区,导致桨叶气动性能恶化。
叶片结冰后,随着温度升高,冰块在叶片旋转是由于离心力脱落,会对机组和现场人员造成很大安全隐患。
叶片积冰严重时会导致叶片断裂,威胁风电场人员安全;同时叶片覆冰造成机组效率降低。
如何来解决风力发电这些问题呢?这些问题关键都是风车叶片振动造成的,有没有办法不让叶片旋转直接利用风的动能。
其实,这个问题,恰好是建筑上回避问题,科学家把它叫做涡旋脱落效应。
风在物体表面流动后会在尾端形成一股涡流,这种涡流会对物体本身施加一种力,这就是著名的“涡旋脱落效应”。
这个名词使建筑工程师闻之色变,因为这是建筑工程中极力避免的有害效应。
流体在物体产生大范围的,分离并形成宽阔的尾流,这样的物体我们称之为钝体。
对于细长的柔性建筑物,即柔性钝体,漩涡脱落是在其两侧交替形成的,漩涡脱落是导致建筑物出现横风向振动的主要原因。
钝体的斯脱拉哈数是一个主要介于0.1~0.3的连续值。
对于一个正方形截面,斯脱拉哈数为0.14左右,对于圆形为0.2。
当fv达到建筑的固有频率fr时,则会发生共振现象,导致横向风振影响成倍的被放大。
如果建筑物的固有频率增加,则会增加相应“涡旋脱落”的风速。
当建筑物的固有频率增加,“涡旋脱落”的顶点也会向随之增大。
如果可以将图2中“涡旋脱落”向右移动到足够远以至于发生“涡旋脱落”的风速足够大时,产生“涡旋脱落”影响会被相应的风速而控制。
然而传统的方法主要是通过增加结构的刚度,来减小“涡旋脱落”的影响,但是该方法的会极大的增加建筑物的造价。
但是,突尼斯的萨芬能源公司研发的无叶片风力发电机“萨芬尼亚”,正是借助“涡旋脱落效应”引起物体摆动产生的能量来发电。
从结构上看,“萨芬尼亚”部件只有一根固定的桅杆、一台发电机和玻璃纤维圆盘,占地很小。
圆盘借助“涡旋脱落效应”迎风扭动的时候,会把风能通过活塞传递到后面的水力储压器中,然后带动涡轮发电机运转发电。
没有巨大的旋转叶片,鸟类生命可保无虞;因为噪声要低得多,所以风电场的选址也就相对不受限制。
无独有偶,还有一种风力发电机外形要更激进,不仅没有叶片,主体结构简约到只剩下一根柱子。
这种绰号被称为“风柱”的产品,出自西班牙初创公司VB之手,也是利用“涡旋脱落效应”来发电。
“风柱”由玻璃纤维和碳纤维复合材料组成,可以在风中自由振动。
柱子底部有两块彼此排斥的磁铁,当柱体朝一个方向晃动时,排斥磁铁会将其推向反方向,如此往复不休产生的动能通过交流发电机就转换成了电能。
在这个过程中,系统产生的噪声几乎可以忽略不计,过往的鸟类也无性命之忧。
简洁的结构也使得“风柱”系统的制造和维护成本较少。
VB公司介绍,该系统的维护成本要比传统风力涡轮机低80%,制造成本低53%,这就直接压低了发电成本。
就“风柱”原型的现场测试来看,单个系统的发电量比常规风力发电机低30%。
但是“风柱”系统胜在装机密度而非单体发电能力,它占地面积小的优势会弥补这个不足,在安装常规风电机组的风电场里能够安装密度更高的“风柱”,以提供更多的电能。
根据涡旋脱落效应,高度建筑物还可以再巧妙设计下,在高层上建立风力发电设备,既解决这种效应对高层产生振动,又充分增加建筑稳定性,目前欧洲一些公司已经开始尝试,这样发出来电力可以解决大楼供电问题。
只是目前在中国还没有人进行这方面研究。
期望同学们努力学习,长大后成为风力发电专家。
厷一2019年5月20号于夷陵吾同斋

 
关键词: 风电招聘 节能风电
 
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