低风速风机：“变形”叶片

杨正瓴

2019-12-13

低风速风机和海上风电技术，是我国未来风电发展的重点之一。

从理论上讲，风机出力（发电机发出的有功功率）是“风速的立方”。但是，大多数水平轴风机的叶片过于狭窄，迎风面积太小，以至于实际中的风机出力往往只有“风速的平方”上下。

降低“叶片和发电机转子的机械储能（主要是降低叶片的重量）”，以及增加“叶片吸收的风能”，都是提高“发电机发出的电能”的途径。

现在已经开始了飞机的“变形”机翼研究，以期实现更高效的飞机制造和飞行。类似地，可以将风力发电机的叶片进行变形设计，以期提高风机的效率。如在低风速时增加迎风面积，从而提高出力。

风机“变形”叶片的具体设计方案是灵活多样的。目前的变桨控制实际上也是一种等效的“变形”叶片。

风机“变形”叶片一种最简单的思路如下（限于绘图水平，图不达意）：

流线型的空心立柱，里面装入可折叠的轻质柔性材料（类似生活中常见的纸折扇），用步进电动机和齿轮，控制这些轻质柔性材料在外部的面积。即可实现变叶片面积控制。整个设计要考虑流体力学的作用，以提高吸收大自然中风能的效率。

参考资料：

[1] 2016-12-26，能源发展“十三五”规划

http://www.ndrc.gov.cn/zcfb/zcfbghwb/201701/t20170117_835296.html

[2] 变形机翼，百度百科

https://baike.baidu.com/item/%E5%8F%98%E5%BD%A2%E6%9C%BA%E7%BF%BC

[3] 新华网，2019-04-03，美航天局开发出可拼装和变形的机翼

http://www.xinhuanet.com/tech/2019-04/03/c_1124319525.htm

[4] 搜狐，2018-02-22，飞机的重大创新 —使用可变形机翼

http://www.sohu.com/a/223459170_163975

[5] 环球时报军事，2019-04-09，美国研制出新型机翼可随时“变形”，适合任何大气条件飞行

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1630274381792102393&wfr=spider&for=pc

[6] 杨正瓴，2016-02-24，计及风力发电机机械惯性的更精确“风速-功率”关系

http://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=45013

[7] 杨正瓴，2015-05-25，未来的两大安全能源

http://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=35616

[8] 杨正瓴，2019-02-25，水平轴风机大偏航角下可能混入垂直轴风机的出力特性

http://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=68313