爬上一座風(fēng)力電機(jī),拆下葉片扭成打蛋器的模樣,再豎著立在地上讓它轉(zhuǎn)起來,別以為這是異想天開,這隨手一折騰,其實(shí)復(fù)刻出了更全能的風(fēng)力發(fā)電機(jī)原型,它有個(gè)專業(yè)名字叫垂直軸風(fēng)機(jī)。
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早在數(shù)千年前的波斯,人類就已經(jīng)用類似的裝置碾磨谷物,1931年,法國工程師達(dá)里厄把這種古老裝置改良成現(xiàn)代形態(tài),試圖挑戰(zhàn)傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)的地位,卻受限于當(dāng)時(shí)的材料技術(shù),最終只能沉寂,如今這臺“巨型打蛋器”終于熬出了頭,正準(zhǔn)備在城市和海上兩大領(lǐng)域大展拳腳。
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哈嘍,大家好,小觀這篇科技評論,主要來分析垂直軸風(fēng)機(jī)與水平軸風(fēng)機(jī)的優(yōu)劣對決,揭秘這款“打蛋器”風(fēng)機(jī)憑啥能在深海風(fēng)電領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)彎道超車。
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風(fēng)電圈兩大陣營對決
風(fēng)機(jī)圈向來分兩大陣營,當(dāng)前的風(fēng)電霸主,就是我們隨處可見的三葉片大風(fēng)車,學(xué)名水平軸風(fēng)機(jī),它長得像螺旋槳,必須正對著風(fēng)向才能轉(zhuǎn)起來,風(fēng)向一變就得趕緊調(diào)整方向,也就是常說的偏航,不然效率會暴跌,甚至可能損壞設(shè)備。
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它的葉片設(shè)計(jì)堪稱精密到苛刻,長度能達(dá)到數(shù)十米,從根部到尖端的角度一直在變化,活像一根被扭緊的麻花,這么設(shè)計(jì)的目的很簡單,就是為了讓葉片每一段都能精準(zhǔn)捕獲最佳風(fēng)能,一點(diǎn)都不浪費(fèi)。
而垂直軸風(fēng)機(jī)走的是完全不同的路子,它的主軸像陀螺一樣垂直立在地上,不用轉(zhuǎn)頭,不用調(diào)風(fēng)向,東南西北隨便吹,怎么都能轉(zhuǎn),這就是它的核心優(yōu)勢,全向受風(fēng)。
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它的轉(zhuǎn)動方式分兩種,一種是靠兜風(fēng)推動,原理簡單粗暴,效率卻很一般,另一種就是我們說的達(dá)里厄式葉片,形狀像機(jī)翼,風(fēng)吹過時(shí)會產(chǎn)生側(cè)向升力,帶著風(fēng)機(jī)往前跑,轉(zhuǎn)速甚至能超過風(fēng)速,效率比前一種高得多,也更適合做成大型裝置。
看到這有人會問,既然垂直軸風(fēng)機(jī)這么省心,為啥現(xiàn)在市面上還是清一色的三葉片大風(fēng)車?答案很現(xiàn)實(shí):在效率上,垂直軸風(fēng)機(jī)至今沒能打過水平軸風(fēng)機(jī)。
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目前商業(yè)級垂直軸風(fēng)機(jī)的效率普遍在30%~40%之間,而水平軸風(fēng)機(jī)的效率最低都能達(dá)到40%,看似不大的差距,在風(fēng)電行業(yè)就是一道難以逾越的鴻溝。
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打蛋器風(fēng)機(jī)的降維打擊
但場景切換到海面,劇情就開始反轉(zhuǎn)了,水平軸風(fēng)機(jī)的兩個(gè)弱點(diǎn),在海上直接變成了致命缺陷:重心太高,還太過嬌氣。
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它的發(fā)電機(jī)、齒輪箱這些幾十噸重的核心部件,全得架在百米高空,每次維護(hù)都要動用巨型吊車,成本高得嚇人,更麻煩的是傳統(tǒng)葉片遇上湍流時(shí),就像飛機(jī)遇上強(qiáng)氣流,輕則效率下降,重則直接損傷結(jié)構(gòu)。
未來風(fēng)電的主戰(zhàn)場在深海,深海里沒法把風(fēng)機(jī)插在地上,只能用浮動平臺,這時(shí)候水平軸風(fēng)機(jī)頭重腳輕的弊端就更明顯了,頂著幾十噸的重物,風(fēng)一吹整個(gè)塔架就跟著晃,浮動平臺必須做得又大又貴,才能勉強(qiáng)穩(wěn)住。
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反觀垂直軸風(fēng)機(jī),簡直是為深海環(huán)境量身定制,它的發(fā)電機(jī)裝在底部,本身就是個(gè)天然壓艙石,整個(gè)結(jié)構(gòu)像巨型不倒翁,飄在海面上穩(wěn)得很,比如海上風(fēng)電新勢力的設(shè)計(jì),就是把發(fā)電機(jī)直接放在水線附近,浮動平臺做得小巧精致,安裝維護(hù)不用大吊船,成本一下就降了下來。
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更妙的是尾流問題,水平軸風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)會產(chǎn)生長長的尾流,兩臺風(fēng)機(jī)之間得間隔幾百米,不然會互相干擾,而垂直軸風(fēng)機(jī)的尾流又短又?jǐn)U散得快,同樣一片海域能裝更多機(jī)組,總發(fā)電量反而更高。
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雖然單機(jī)效率上垂直軸風(fēng)機(jī)現(xiàn)在還干不過三葉片大風(fēng)車,但在深海的經(jīng)濟(jì)性上,它完全有機(jī)會彎道超車,底盤穩(wěn)、不挑風(fēng)、便宜好養(yǎng),這三個(gè)優(yōu)勢在海面上組合起來,就是對傳統(tǒng)風(fēng)電的降維打擊。
下次再看到廚房里的打蛋器,可別只把它當(dāng)成普通廚具,要知道當(dāng)它被放大1000倍扔到海面上,就能變身點(diǎn)亮城市的超級能源英雄,這大概就是小物件里藏著的大玄機(jī)吧。
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