垂直轴达里厄风力发电装置

垂直轴达里厄风力发电装置与水平轴螺旋浆风力发电装置的比较

㈠力学比较。 ⑴背景: 从1890年丹麥制造出第一台风力发电站到現在有一百多年历史。风力发电的发展几起几落，其中心问题:经济上是否有竞争力。胜者生存。国际上一些科学工作者对水平轴螺旋漿式风力发电站的技术性与经济性早就提出质疑与挑战。法国人达里厄Darrieus提出一种橄榄形垂直轴风轮机(风力透平)样机,70年代中期得到美国宇航局(NASA)重视在其聖迪亜哥实验中心研究。两年后,作者在媒体上见到图片.产生極大的兴趣。后得到电力部的支持,与多方合作.开始了研究达里厄(Darrieus)风力发电的艰苦历程.这种风轮机有些文章译为”戴瑞斯风机”或Φ型风机”.

⑵从力学观点比较垂直轴风轮机与水平轴螺旋漿風轮机的优劣。

①

叶片受力分析:水平轴如图2,漿叶上受到正面风载荷力,離心力,叶片結构相似悬臂樑。叶片根部受到很大弯矩产生的应力。大量事故都是叶片根部折断。垂直轴風轮机如图1,叶片两头与轴固定,尤如一张弓,它的形状不是由叶片的刚度来保证的.叶片是柔性的.转轴旋转后自然形成一条”无弯矩应力曲线”.叶片只受拉应力.用料少,寿命长,不易折断.

②系统稳定性分析:水平轴风机机仓放置在高高的塔顶,而且是一个可旋转360度的活动联接机构.自身重达十几吨至几十吨;叶片上随机风载荷达几十吨.重心高,不稳定,易翻倒.高位放置,安装,维护不便.垂直轴风力发电机组,发电机,齿轮箱在底部,重心低,稳定.维护方便。由于不需要塔架，降低了成本。

③水平轴机组机仓需360度旋转,达到＂迎风″目的.这个调节系统包含有风向检测;角位移发送;角位移跟踪闭环电力拖动系统.垂直轴风轮机不要迎风调节系统,可以接受360度方位中任何方向来风,主轴永远向设计方向转动。

④水平轴风轮机当风速变化时,为了调节转速,要有浆距调节系统.即在风载荷下转动浆叶一个角度.此扭矩非常大,只有用液压系统才行.这个闭环调节系统精度高，液压系统液体在冬季要有防冻措施，以防失灵。该系统价格贵，维护难。垂直轴风轮机不要此系统.固定叶片.

总結上述:垂直轴风力发电系统(Darrieus)力学性能好,结构简单,成本低,具有竞争优势。

⑶除以上特点外,达里厄风机还有众多内在优秀特性.在介绍了它的空气动力特性后再介绍.

㈡空气动力学特性: ⑴基本理:

左图为图3.用一个水平面切风机最大旋转半径处得到.叶片截面是流线型,以水平线上下对称. 采用美国宇航局(NASA)公布的NACA0012翼型.具有优越的空气动力学性能.(美国波音公司的737等多种客机也采用同一系列翼型).图4为沿高度方向取dh得到一微小段A叶片与一微小段B叶片

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图中VA1为风速矢量,VA2=ωR由于叶片转动相对风速,VA3矢量相加后的合成速度,αA合成风速与微段A叶片对称线的夹角,又称冲角.在风速VA3的作用下微段A叶片产生升力FAY，与VA3垂直.阻力FAX.与VA3平行方向相反.

FAY*Sinαa-FAX*Cosαa=FAD.就是微段A叶片上的拖动力,微段A叶片生拖动转矩dMA=FAD*R逆时针方向。同理推导微段B叶片上的拖动转矩dMB=FBD*R它也是逆时针方向。两叶片转矩相加:

dM=dMA+dMB=R*(FAD+FBD)

整个风轮机的拖动转矩:M=2∫00.5HR(FAD+FBD)dH 说明①橄榄高为H,直径R是H的函数②昇力与阻力与风速,转速,翼型参数,冲角,翼形面积有关.这种多变量积分是十分复杂的.

⑵应用相似准则,用模型研究空气动力学特性:这种方法在大型水轮机设计时也使用.开始时对达里厄风机亳无了解,为了探索,首先做一个直径为60cm , D/H=1, 两叶片, 翼型为NACA0012的小模型在风洞中做出转矩转速曲线,然后消去尺寸因素和风速参量.得到一张”无量纲”曲线,即该种机型的”空气动力学特性”.表示在图5上的是6种风轮机的空气动力学特性.Y轴CP表示”风能利用系数”,X轴以Z表示,称″高速性＂。Z=ω*R/V.风机最大切线速度比风速.。第6 条为达里厄风机空气动力学特性..这条曲线与前五条,即五种不同的风机机型(其中2,3,4,5四种为水平轴螺旋浆式)不同之处在于曲线起点不过坐标原点.而在Z=2处,终点,也称失速点Z=8.5.这一形态上的改变,对动力学特性会有什么影响,一时无法简便说明.作者用PDP-11小型计算机进行大量分析计算后，得到Darrieus风力发电并网运行系统惊人的优秀内在特性.

㈢达里厄风轮机并网发电系统最大的优越性能

⑴不要闭环液压调距系统,叶片固定不调,不要任何自动控制调速系统或特殊设计的变速恒频发电机.(美国俄克拉何马州立大学提出磁场调制变速恒频发电机.作者进行过理论剖析与实际样机研究,结论是不呼合风力发电使用.后进行电磁滑差离合器变速恒频的研究,该离合器功率与发电机相同,使用测速发电机与电子电路的闭环调速系统己经能实现风机转速变化一倍,输出转速变化千分之三,---参看清华大学学报1980年20卷第3期).达里厄系统,在整个可发电风速范围内向电网输出同频率,同电压的电功率.

⑵不要＂有功调节系统″.他不像水平轴螺旋浆式风机那样,如果不调浆叶节距,输出功率与风速的关系是近似风速三次方的单调上升函数.达里厄风机并网系统, 依靠风机与电机自身特性的配合形成一条驼峰形，具有最大值的函数曲线.前半支随风速增加而输出功率增加,到达最大值后随风速增加输出电功率减小.不必担心风速大时会烧坏发电机.

⑶不需要发电机的过载,过流保护系统,及复杂昂贵的监控系统.他由空气动力学正确的系统设计:确保电机不会过载.

以上结论,不谨谨是理论计算,纸上谈兵.经过在中国空气动力学研究中心大型风洞实验,和野外自然风场并网发电实践得到验证.

⑷系统风电转换效率高于其他机型与系统.

风电转换效率等于①风机效率—也即是风能利用系数CP,采用最先进的翼型最大值为0.35— 0.42,一般不可能永远运行在最大点上,是随系统工况而变.平均取η1=0.28②升速齿轮箱效率η2=0.85（减速箱效率较高升速箱低）③发电机平均效率η3=0.75（满载时有0.94，而轻载时为0。3—0。5）④大功率整流器效率η4=0.9⑤蓄电池充电效率η5=0.85⑥蓄电池放电效率 η6=0.8⑦直流变三相交流,逆变器效率η8=0.95.

水平轴交—直--交并网发电,风电转换综合效率为以上七个效率相乘,等于10.38％.

达里厄交流并网系统,因为低位布置可以配以低速发电机,而不要齿轮箱,他发出电能直接由发电机入网.不需要昂贵的交—直—交系统.他的风电转换效率是21％.

㈣结论

⑴ 一台达里厄并网发电机组在同样风速下向电网供给的电能,是同样功率水平轴螺旋浆风机用交-直-交并网发电的两倍.简言之:一台顶两台.

⑵综合上述分析,同容量达里厄型造价是水平轴交--直--交的二分之一到三分之一.

⑶对投资者来说如选达里厄型,比选水平螺旋浆,交—直—交型可多得到4—6倍电能.应该说.达里厄具有生命力.

Wind energy in Germany – current market situation and future perspectives

21,164 wind turbines with a total capacity of 25,777 MW were installed in Germany altogether by the end of 2009. 38.0 TWh of wind electricity were generated in 2009. These are 7 % of Germany’s net electricity consumption.
In 2009, German manufacturers and suppliers contributed to nearly 30 per cent of the total worldwide turnover of 22.1 billion euros. The export quota was at about 80 per cent in 2009. Together with installation, operation and maintenance services, the wind industry achieved a turnover of more than 8 billion euros. The sector employs close to 100,000 people.

The EEG – basis of success for German wind energy
An early feed-in law for wind electricity was introduced in Germany in 1991. The Renewable Energy Sources Act (Erneuerbare-Energien-Gesetz / EEG) came into force in 2000. Since then, under EEG regulations electricity produced from renewable energy sources is given priority for grid connection, grid access in either distribution and transmission grid, and power dispatch. Grid operators are obliged to feed in electricity produced from renewable energy and buy it at a minimum price within their supply area. The regulation also introduced a German-wide scheme to equalise these costs incurred by grid operators, as the amount of energy from renewables being fed into the system differs in the various regions. The law was amended in 2008.
For wind energy, an ‘initial tariff’ is fixed (for each case) for at least 5 and up to 20 years. It is reduced to a ‘basic tariff’ depending on how local wind conditions compare to a so-called ‘reference yield’. Wind installations on very good sites (reference yield of 150%) receive the initial tariff for five years whilst turbines on less ideal sites can receive it for longer. The tariffs are paid for a maximum of 20 years.

As of 1 January 2009, the initial tariff for onshore wind energy was increased to 9.2 cents/kWh and the basic tariff set at 5.02 cents/kWh. There is an annual degression of 1% for new installations every year. The tariff for offshore wind energy was increased to 13 cents/kWh, with the addition of an extra ‘sprinter bonus’ of 2 cents/kWh for projects which come into operation before the end of 2015. The initial 15 cents/kWh will be paid for a period of 12 years. After that, the tariff will decrease to 3.5 cents/kWh. Offshore tariffs will decrease at 5% annually for new installations starting from 2015.
Grid operators are obliged to accept electricity produced from renewable energy sources and buy it at a minimum price within their supply area. Furthermore, the new German Renewable Energy Sources Act (EEG) requires grid operators not only to extend the existing grid, but also to optimise and enhance it. Failure to comply with this can lead to claims for damages by anyone willing but unable to feed in to the grid.

Grafik: Wind energy in Germany - political milestones


In addition, a bonus for improved grid compatibility (system service bonus) was introduced for new turbines. This allows for 0.5 cents/kWh to be paid on top of the initial remuneration. The new bonus will become operational in July 2010.

A special tariff (repowering bonus) was retained for replacing turbines that are ten years old or older with some that have at least double the rated capacity. These need to be sited in the same or neighbouring administrative district. This has already led to a small but visible increase in repowering projects during 2009.

The possibility of switching between EEG payments and direct marketing is now regulated. Entry and exit of operators that want to sell their production on the electricity market is possible on a monthly basis. Better marketing conditions are also available for electricity producers whose portfolio contains a share of over 50% of renewable energy.
Grid operators are obliged to feed in electricity produced from renewable energy and buy it at a minimum price within their supply area. Furthermore, the new EEG requires grid operators not only to extend the existing grid, but also to optimise and enhance it. Failure to comply with this can lead to claims for damages by anyone willing (but unable) to feed in.

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German wind energy distribution

http://www.wind-energy-market.com/en/weather-data/

可再生能源法修正案使需求转向德国屋顶系统

德国可再生能源法 (Renewable Energies Act,EEG) 光伏发电入网补贴修订案今天获得通过，标志着朝着屋顶系统的转变。德国联邦参议院 (Bundesrat)（议会下院）今天上午批准了修正案，为其成为法律铺平道路。变动放弃了耕地农场设施，增加了对小型和中等规模屋顶设施的自用消费奖励的吸引力。德国联邦外贸与投资署 (Germany Trade & Invest) 将派代表出席今年7月13日至15日在加利福尼亚州旧金山举行的 Intersolar North America，为德国光伏 (PV) 公司介绍机会。

实施追溯至7月1日生效，屋顶系统和移除耕地农场设施的补贴额将减少13%。同时，转换地区补贴额将减少8%而所有其他地区将减少12%。10月1日开始，补贴额将进一步再次减少3%。尽管如此，新的补贴额仍然十分吸引人，7月1日和10月1日期间的安装补贴额预期为25.02-34.05 EURc/kWh，而今年10月1日后的余下期间为24.26-33.03 EURc/kWh。新修订案达到了联邦2.5-3.5 GWp 的年度目标装机容量的两倍多。

该项法律于十年前成立，在保证极具吸引力的投资回报期和高回报的前提下，要求电力公司以相应的入网补贴价格向系统业主购买可再生能源，为期20年。而利用“自有消费奖励”甚至可以获得更多的收入，这些收入将支付给那些使用小于500 kWp 系统的屋顶设施并打算利用它们所产生能量的业主。

2009年，德国光伏装机容量总计达3.8 GWp，使其再次成为世界上最大的光伏市场，同时也成为一个对光伏企业很有吸引力的投资目的地。全世界大约每两个新安装的模块就有一个在德国。对于2010年，一些专家预测其市场可能会比2009年增加一倍。

私人用户的需求增加

EEG 的变化是对光伏系统价格竞争力不断增加，包括最近太阳能电池板和组件价格下降的反应。这些发展为光伏企业创造了许多新的市场机会。这次变动使得绝大多数喜欢高品质系统的私人用户进一步加大屋顶系统设施的需求。变动同时也使得对完全受益于自有消费奖励的能源存储系统和智能电网应用的需求不断增长。降低系统价格和电力价格上涨已使德国市场比预期更早地趋向电网平价。到2013年可再生能源预计将与传统能源在私人用户电力市场展开竞争。

业界高质量增强了本地生产的吸引力

位于德国的制造商不仅能够进入一个庞大且不断增长的市场，而且还能通过本地品牌影响力和高质量产品方面的声誉从极大的竞争优势中获益，这获得了私人用户和屋顶系统业界的高度评价。德国可再生能源行业还受益于行业最高的研发机构密集度。与此同时，该国拥有良好建立工业基础设施、大型设备供应商基础、合格和有经验的劳动力。

跨国企业 First Solar 和 Avancis 以及 德国光伏企业 SolarWorld 和 Juwi 最近几周已宣布将在德国进行重要扩张，这显示出德国的光伏产业集群实力的信心。这些新的投资都建在东德，这是德国全球知名的光伏产业一个重要的制造中心。

德国联邦外贸与投资署将派出代表参加今年的 Intersolar North America，接待那些对世界光伏领导商感兴趣的公司，展位位于德国馆1层，展位号为7523A。

德国联邦外贸与投资署是德国的外贸与对内投资促进机构。该机构致力于为寻求在德国市场拓展商业活动的外国公司提供建议，并向希望进军海外市场的德国公司提供外贸信息

德国风能协会会长抨击德国核能能源政策

　德国风能协会认为核能与新能源之间的联盟关系是虚假的，“原子能发电站长期的运转阻碍了德国风能的发展，”德国风能协会会长Hermann Albers介绍说，“核工业的‘供应’直接导致能源政策错误。”

　 　风能的使用与核能的长期运行形成了一个系统性的矛盾，核电的长期使用阻碍了风电的发展，还阻碍了电力电网与电力市场的发展，会让新能源优先发展这一定论 遭到质疑。“德国新能源法的补充条款2009中提到，德国立法者确定了要继续扩张风能，这个推动力并不会因一次次的讨论而改变，投资者清楚，什么方向才是 正确的。”Albers强调，“否则的话，我们就要偏离联邦政府大气保护的坐标。”

　　到2020年，据德国风能协会统计，估计在德国将 有陆上装机约45，000兆瓦，海上风机高达10，000兆瓦。就算一些风机在维修和处于无风状态下，在多风的天气状况中，还是可以输送大约45，000 兆瓦的电力，这一数字还大于德国所有发电站的基本载荷的总额。“将来不再需要核电站或火电站，德国应该投入到新兴多功能电站，新的储电站与能源消耗管理 中，而不是把能源老技术用人工艺术的办法硬让它焕发新彩”Albers这样说。

德国超市

德国的超市是世界上超市业态最发达的国家之一，平均约每8600人拥有一家超市门店，超市的密度很高。1995年世界十大超市排名中，德国占4位，分别位 居1、2、6、8名。因为各超市公司之间的竞争非常激烈，所以许多超市的市场定位有所不同，其中有的超市专门面向低收入者，被我们戏称“穷人超市”。

刚来德国时，该到哪家超市购物我还不太清楚。但过来人已经很轻松地“教导”我们，于是我在我的记事本里认真地写上了ALDI（阿迪）的名字，尽管我还没有 找到阿迪的门朝哪开。大约两周后，我在上学途中发现了这个超市。这真的不好找，他没有醒目的门面，装修极其普通，混在花花绿绿的建筑中，当然不显眼。只是 墙壁上有标志性的字母，这在后来熟悉了阿迪以后就很容易辨认了。这里的东西确实便宜，不仅便宜而且质量绝对好，这就是为什么阿迪成为德国第一大超市的原因 之一吧。奇怪吗，专卖便宜货的超市，竟然是德国第一大超市。当然，阿迪的老板阿尔布莱希特兄弟也因此成为德国的首富，世界排名在第四。而兄弟俩在总部埃森 市将阿迪分为两部分，分别经营德国北部和南部的阿迪超市。
阿迪超市主要是食品连锁超市，共有1000个以上的门店。据说该超市出售的商品，价格要比其他超市平均便宜20％左右，其诀窍之一是利用大批量进货和制定 长期采购协议降低进价。我们通常能在阿迪遇见这样的情况，顾客排成长龙，只有1个收银台开着。这时你只需要按一下收银台的按铃，很快就有另外的收银员过来 了。这就是阿迪的第二战略，最大限度地降低费用，用人非常节省，收银员兼理货员，根据顾客排队的长短调节自己的工作。
虽然是这样一个门面装修简陋的超市，却吸引了大多数德国人的目光。我也是在这里购物后爱上这里的。你需要的日常食品，柴米油盐，这里全部能买到，而且价格 便宜。
除了阿迪以外，德国的后起之秀LIDL（里都）可谓直追阿迪的一匹黑马。在我到德国8个月后，我就基本舍弃了阿迪，而直奔那里了。里都的东西同样便宜，而 且比阿迪的蔬菜品种要多，更适合外国人特别是亚洲人的口味。此外，他每次打折的东西也跟阿迪拼得你死我活。这样的竞争也只能在超市才很显而易见，而竞争的 结果当然是便宜了消费者。
当大家津津乐道这两家大的穷人超市时，又有一家来自丹麦的Netto(耐特欧）参加了这场降价的拼杀。这家的特色是水果和蔬菜，还有做蛋糕和匹萨的调料 等。速冻的海鲜也要品种多些。因为新鲜肉类食品在这三家超市都不占主流，从今年年初起，里都增加了新鲜肉类的柜台，而阿迪也不示弱，两家的肉类价格也基本 一致。今年一些地方的里都超市还延长了营业时间，而阿迪看见了，也不得不延长。这家超市中的龙头老大好像已经有些后退的趋势，里都目前在人们中的口碑见 长。
德国超市每周都会向居民发送打折商品的广告单。超市的店外广告以邮报分送为主要形式，依靠的是报纸的发行渠道，二是直接投递到居民的信箱。经常会出现这样 的情况，周六我们收到广告单，周日商店是不开门的。我将需要买的打折东西事先划好记号，而周一中午过后再去超市，大部分东西已经物去箱空了。是呀，在德国 目前经济普遍不景气的今天，越来越多的人来到穷人超市购物，而“吝啬棒极了”的电视广告也变成了德国人流行的口头语。
尽管众超市八仙过海，各有各的招数，尽管越来越多的富人超市也心甘情愿地加入到穷人超市的行列，努力分争一杯羹，但德国人的购买力还是明显不力。本来德国 人就以节俭闻名。于是一些本土的超市开始向海外扩展业务。我在丹麦南部的小镇看到阿迪时，曾经发出了一番老大就是老大的感慨，谁知第二天在电视上却看到了 里都的广告，原来里都也要进军丹麦了。不仅是丹麦，英国的传统超市也因为里都的挺进而不得不纷纷打起降价战。最近，在德国拥有858家分店的德国8家平价 超市之一的PLUS（普鲁斯，又译作铺路石）即将进入中国市场。据悉，PLUS公司正与天津一商集团紧密接触，预计在今年年底或明年年初在天津开出首家门 店，并将以连锁形式进入社区。
此外值得一提的是，这些便宜的超市普遍不提供购物袋，您在购物前要自备包袋。如果不巧忘了带，就要花几分钱或者10几欧分买个塑料购物袋，别嫌贵，德国人 提倡环保，人人爱绿如命。这些塑料袋当然也都是可回收利用的，但习惯了还是用自己的吧，许多德国人都随身带个布袋子，那种在国内感觉很土气的棉布购物袋 子，在发达的德国还是很流行的呢。

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