專利：“風(fēng)能領(lǐng)域技術(shù)重大革命-CNJT可調(diào)速安全智能大功率垂直軸風(fēng)車風(fēng)帆”

　　（ 適合陸地、海洋風(fēng)電、平臺(tái)、海洋船舶發(fā)電及航行風(fēng)帆動(dòng)力）
　　作者：焦兆平
　　發(fā)明名稱：CNJT可調(diào)速安全智能大功率垂直軸風(fēng)車風(fēng)帆
　　專利號(hào)：ZL 2012 1 0259968.7         授權(quán)公告日：2014年07月30日
　　一、CNJT項(xiàng)目簡介：
　　科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，能夠在空中飛行的昆蟲，是因?yàn)樗鼈兊某岚蚱嫣氐男阅埽冀K推動(dòng)氣流向下流動(dòng)，當(dāng)它們的翅膀從做功到重新做功過程瞬間，在垂直方向能夠盡量將翅膀面積減小成線狀，以減小阻力有效做功，實(shí)現(xiàn)自由飛行。
　　借鑒昆蟲和鳥類能夠在空中飛行的仿生科學(xué)原理，CNJT將不做功時(shí)葉片原截面面積縮小成線狀，極大減小葉片逆風(fēng)驅(qū)動(dòng)阻力系數(shù)，不僅成功地解決了現(xiàn)有垂直軸風(fēng)車葉片不產(chǎn)生力矩的問題，而且風(fēng)能利用效率高于水平軸風(fēng)車。
　　該專利對(duì)傳統(tǒng)垂直軸風(fēng)車的工作原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行全新改革，克服現(xiàn)有的垂直軸風(fēng)車葉片不產(chǎn)生力矩，效率低，過速時(shí)的速度控制困難。創(chuàng)新點(diǎn)：
　　1、由多只可復(fù)合運(yùn)動(dòng)智能葉片組成，通過減小不做功葉片面積的技術(shù)方案獲得做功力矩。
　　2、在風(fēng)暴來臨時(shí)，運(yùn)用減少風(fēng)車做功活動(dòng)葉片的工作面積的原理，卸掉兩側(cè)葉片風(fēng)載荷，通過智能葉片調(diào)速或停機(jī)確保風(fēng)車風(fēng)帆安全。
　　3、風(fēng)能利用效率高于水平軸風(fēng)車。
　　4、結(jié)構(gòu)簡單、可靠、高效，節(jié)省投資。
　　5、由于CNJT的高效率及可調(diào)速運(yùn)行的安全性能，特別適合海上規(guī)模風(fēng)電；海洋獨(dú)立采油平臺(tái)、海洋島嶼（駐島等部隊(duì)）發(fā)電使用。
　　6、無需尾翼和對(duì)風(fēng)裝置，適合海洋船舶發(fā)電，做為船舶風(fēng)帆可以帶動(dòng)螺旋槳做功，節(jié)省大量的船用燃油。
　　二、CNJT經(jīng)濟(jì)效益：
　　◎根據(jù)測(cè)算：風(fēng)能利用效率每提高一個(gè)百分點(diǎn)，將會(huì)帶來數(shù)億元的經(jīng)濟(jì)效益。
　　◎CNJT風(fēng)機(jī)1.5MW/臺(tái)制造價(jià)格與目前市場(chǎng)1.5MW/臺(tái)水平軸風(fēng)機(jī)價(jià)格相比較，預(yù)計(jì)低32%。
　　◎根據(jù)《中國風(fēng)電發(fā)展路線圖2050》，到2050年，我國風(fēng)電裝機(jī)將達(dá)到10億千瓦，在電源
　　結(jié)構(gòu)中約占26%，國內(nèi)風(fēng)電開發(fā)投資將達(dá)12萬億元；如果1MW以上風(fēng)機(jī)開發(fā)投資10萬億元，
　　并大量采用CNJT風(fēng)車可以降低32%的投資，將可以為國家節(jié)省風(fēng)電開發(fā)投資達(dá)3.2萬億元。
　　三、CNJT是JT“智能大功率風(fēng)車”的升級(jí)版
　　由于JT“智能大功率風(fēng)車”實(shí)用新型專利 ZL 2008 2 0139674.X不僅使改進(jìn)后的垂直軸型風(fēng)車葉片能夠獲得高效做功力矩，而且使JT風(fēng)能利用效率高于水平軸風(fēng)車。國家發(fā)展和改革委員會(huì)中國經(jīng)貿(mào)導(dǎo)刊雜志社 兩次將“智能大功率風(fēng)車”入選：
　　《國家重點(diǎn)高新技術(shù)項(xiàng)目匯編》2011年8月18日出版.
　　《重點(diǎn)高新技術(shù)項(xiàng)目匯編》2012年2月10日出版。
　　中國科學(xué)技術(shù)信息研究所對(duì)“智能大功率風(fēng)車”項(xiàng)目進(jìn)行科技查新，2012年３月７日完成并提出科技查新。報(bào)告編號(hào)：20121100100058  查新結(jié)論：經(jīng)文獻(xiàn)檢索，未見有與查新點(diǎn)所述的這種智能大功率垂直軸風(fēng)車結(jié)構(gòu)特征完全相同的公開文獻(xiàn)報(bào)道。
　　四、CNJT結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
　　CNJT 風(fēng)車風(fēng)帆葉片由柔性逆止葉片，或由可以復(fù)合運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)葉片組成（可以雙向向上打開近90度或側(cè)向打開近90度，或移動(dòng)、壓縮、折疊、卷起、調(diào)整角度構(gòu)成），風(fēng)車風(fēng)帆框架的窗框或窗框和葉片整體可以折疊（可以移動(dòng)），風(fēng)車框架上附屬物（可以旋轉(zhuǎn)移動(dòng)、伸縮），或者承載網(wǎng)、線，可以沿著框架邊緣移動(dòng)、壓縮、折疊或卷起。
　　五、CNJT工作原理：
　　將不做功時(shí)葉片原截面面積縮小成線狀，極大減小葉片逆風(fēng)驅(qū)動(dòng)阻力系數(shù)，成功地解決了現(xiàn)有垂直軸風(fēng)車葉片不產(chǎn)生力矩的問題，可以成倍增加了風(fēng)車單組葉片做功的效率； 在風(fēng)暴來臨時(shí)，運(yùn)用減少風(fēng)車做功活動(dòng)葉片的工作面積的原理，卸掉兩側(cè)葉片風(fēng)載荷的技術(shù)方案，達(dá)到降低轉(zhuǎn)速或停機(jī)確保風(fēng)車安全目的。
以下僅選其中2例說明：（詳細(xì)請(qǐng)檢索ZL 2012 1 0259968.7）
　　1、風(fēng)車風(fēng)帆葉片結(jié)構(gòu)：葉片由柔性材料制成、柔性葉片設(shè)計(jì)布置由多個(gè)多邊形構(gòu)成僅能單向通過氣流的窗口，當(dāng)葉片一側(cè)逆止氣流迎風(fēng)做功時(shí)，另一側(cè)不做功葉片會(huì)在風(fēng)力的作用下可以自動(dòng)允許氣流通過，使葉片截面面積縮小成線狀，獲得做功力矩（圖 1）；在風(fēng)暴來臨時(shí)，可以卸掉兩側(cè)葉片風(fēng)載荷，讓柔性葉片卷起、氣流會(huì)穿過框架（圖 2）。 　　2、風(fēng)車風(fēng)帆葉片可以雙向向上打開近90度，在正常情況下風(fēng)車框架上承載網(wǎng)、線承載葉片做功，獲得做功力矩，風(fēng)另一側(cè)不做功葉片會(huì)在風(fēng)力的作用下可以向上打開近90度，自動(dòng)允許氣流通過，使葉片截面面積縮小成線狀（圖 3）；在風(fēng)暴來臨時(shí)，運(yùn)用卸掉兩側(cè)葉片風(fēng)載荷的技術(shù)方案，風(fēng)車框架上承載網(wǎng)、線可以沿著框架邊緣移動(dòng)、折疊或卷起，不再承載葉片做功，葉片雙向向上打開近90度，氣流會(huì)穿過框架，卸掉風(fēng)載荷（圖 4、5）。 　　六、CNJT的技術(shù)特點(diǎn)：
　　1、CNJT解決了垂直軸風(fēng)車不產(chǎn)生力矩和效率低的問題。
　　2、CNJT解決了垂直軸風(fēng)車過速時(shí)的速度控制困難.
　　3、CNJT對(duì)貝茨理論進(jìn)行了補(bǔ)充：
　　“貝茨理論提供了獲取風(fēng)能的有效途徑，即提高風(fēng)速，加大葉片掃掠面積。”《風(fēng)力發(fā)電》化學(xué)工業(yè)出版社  68頁。
　　CNJT對(duì)貝茨理論進(jìn)行了補(bǔ)充：提高葉片做功有效截面積和葉片風(fēng)能利用效率將是獲取風(fēng)能的最重要、最有效途徑。 　　同時(shí)也符合風(fēng)能功率定律：
　　根據(jù)：單位時(shí)間內(nèi)垂直流過截面Ｆ的空氣，擁有的做功的能力稱為風(fēng)能的功率（W）：
　　W＝1/2pFv³
　　其中：空氣密度為p、速度為v、截面積為F，
　　風(fēng)能E＝1/2pFtv³
　　表示在時(shí)間t內(nèi)流過截面F的風(fēng)能。
　　風(fēng)能功率的大小與風(fēng)速的立方成正比，也與流動(dòng)空氣的密度和垂直流過面積成正比。
　　4、CNJT無需尾翼和對(duì)風(fēng)裝置，任何方向來風(fēng)都可以使風(fēng)車做功，做為船用動(dòng)力可以發(fā)電，做為船舶風(fēng)帆可以帶動(dòng)螺旋槳做功，節(jié)省大量的船用燃油。
　　5、CNJT塔架設(shè)計(jì)簡單，發(fā)電機(jī)和變速箱能安裝在地上，易于維護(hù)和維修。從而綜合降低制造成本32%。
　　七、◎ CNJT風(fēng)能利用效率、結(jié)構(gòu)、性能及制造成本優(yōu)于美國桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室正在開發(fā)研究“豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)”：
根據(jù)2012-11-14 OFweek 風(fēng)電網(wǎng),《海微風(fēng)發(fā)電：豎軸風(fēng)機(jī)是技術(shù)關(guān)鍵》文。(可搜索)
　　美能源部的支持下，桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室目前在為美國近海風(fēng)能發(fā)電機(jī)系統(tǒng)開發(fā)先進(jìn)的轉(zhuǎn)子技術(shù)，此項(xiàng)為期5年、投資達(dá)410萬美元的研究始于今年2012年1月。
　　桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室研究項(xiàng)目的第一階段為期2年，其包括開發(fā)幾種概念設(shè)計(jì)。在這個(gè)階段，研究人員將分析各種類型的氣動(dòng)彈性轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)。然而，早期中意的轉(zhuǎn)子類型是達(dá)里厄設(shè)計(jì)。難題：
　　1、大型近海豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片（達(dá)里厄型）長度超過300米后，葉片的制造成本將超過陸基風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的制造成本。  2、豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片（達(dá)里厄型）具有十分復(fù)雜的弧形表面，其生產(chǎn)難度高。   3、另一個(gè)挑戰(zhàn)則是制動(dòng)系統(tǒng)。
　　結(jié)論：
　　1、風(fēng)能利用效率： CNJT的風(fēng)能利用效率大幅度高于美國桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室——達(dá)里厄型（升力型）豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。同時(shí)在風(fēng)暴來臨時(shí)， CNJT有良好制動(dòng)系統(tǒng)可以確保風(fēng)車風(fēng)帆安全。
　　2、結(jié)構(gòu)簡單、可靠、高效，節(jié)省投資：CNJT由于葉片不具有十分復(fù)雜的弧形表面，其生產(chǎn)難度不高；同時(shí)也可以采用柔性葉片，因此葉片的制造成本低于美國桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室——豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片（達(dá)里厄型）制造成本，具有更高的經(jīng)濟(jì)效益。
　　3、在美國、南非等國家還未發(fā)現(xiàn)類似CNJT結(jié)構(gòu)特征的風(fēng)車。
　　4、CNJT可調(diào)速安全智能大功率垂直軸風(fēng)車風(fēng)帆不僅將是世界上風(fēng)能利用效率領(lǐng)先，而且是可調(diào)速運(yùn)行最安全的風(fēng)車風(fēng)帆。
　　說明： 可以在電腦上搜索：“CNJT可調(diào)速安全智能大功率垂直軸風(fēng)車風(fēng)帆”詳細(xì)資料
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