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[证实] 低风速风机：降低机械转动惯量，且叶片变宽

图1  Jérôme Michaud-Larivière wind tree new wind

法国工程师 Jérôme Michaud-Larivière 和他的垂直式叶片

https://noctulachannel.com/wp-content/uploads/2015/10/J%C3%A9r%C3%B4me-Michaud-Larivi%C3%A8re-wind-tree-new-wind.jpg

https://noctulachannel.com/eletricidade-renovavel-wind-tree-new-wind/jerome-michaud-lariviere-wind-tree-new-wind/

图2  法国工程师 Jérôme  种一棵树，家里一辈子都不用交电费了

https://pqnoss.kepuchina.cn/2023/12/07/15/scimall/41c691.png

https://www.kepuchina.cn/article/articleinfo?business_type=100&classify=0&ar_id=464641

一、人类未来的主力能源：外太空太阳能，地球上的聚变核能

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

   在目前人类知识条件下，未来真正的主力能源只有2类：

1.1  在外太空搜集太阳能，用固体导线等方式输送到地球

   最好不用微波等方式。一旦失控或故障，后果可能是灾难性的。

   可以对照刘慈欣老师科幻《三体》里在三体人研制“智子”时的描述：

   “他们抬头首先看到的是一根顶天立地的光柱，呈倒锥形，太空中的反射镜就是光锥的底部，光锥的头部正刺中首都的中心，使那里的一切都在短时间内变成白炽状态、滚滚的烟柱从那里腾空而起，被光锥的不均匀热量引发的龙卷风则形成了另外几根接天的尘柱，围绕着光锥扭动舞蹈着……”

   固体导线等：可以采用汪淼“纳米丝”之类的新材料做导线。

1.2  地球上的聚变核能

   众所周知，不需要再重复了。

1.3  未来新的科技原理，可能会带来更合适的主力能源

   可惜，我们现在还不知道。

二、各类可再生能源，只能是有益的临时性补充

   地表太阳能密度太低，受云层等影响明显，晚上没有。

   地表风能大规模开发，时间长了（数百年或更长的时间尺度），可能会恶化地表的环境。

   ……

   从目前看，除“外太空太阳能”和“聚变发电”外，其余的各种形式的能源（以及可再生能源），普遍具有临时“过渡性”能源的性质，如在今后200年内使用；以及用于“能源安全”的保障替补。

   如主力能源供应不足时的临时补充；或调峰之类的临时性利用。

附录一：

   （1）火山能。岩浆、火山。 （2）可燃冰。甲烷水合物。 （3）风能。碳纤维风筝。 （4）细菌发电。 （5）太空太阳能。 （6）生物质能。 （7）波浪能。 （8）藻类。 （9）微型粒子加速器。 （10）电池替代者。超大容量电容器。

中国大百科全书，2022-12-23，新能源开放及利用

https://www.zgbk.com/c/2021-01-11/51490.shtml

附录二：

   （1）Solar Power 太阳能， （2）Nuclear Power 核电， （3）Hydroelectric Energy 水力发电， （4）Wind Energy 风能， （5）Wave Energy 波浪能， （6）Biofuels 生物燃料， （7）Natural Gas 天然气， （8）Geothermal Power 地热发电， （9）Biomass Energy 生物质能， （10）Tidal Energy 潮汐能， （11）Hydrogen Gas 氢气。

Energy Warden, A List of 11 Alternative Energy Sources

https://www.energywarden.com/a-list-of-11-alternative-energy-sources/

三、低风速风机的定位分析

   在我国主要用于综合能源安全，难以成为主力能源。

   由于风能与风速的三次方成正比（理论结论），低风速风机出力（发出的有功功率）很难有效提高。这是由风能性质决定的。因此，发展低风速风机，“经济性”难以成为首要目的。

   “能源安全”是低风速风机今后数百年甚至更长时间的主要定位。

   服务于“能源安全”目的，低风速风机的叶片优化（外形、结构、新材料等），是今后的主要任务之一。

https://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=76036

   从物理学里“刚体定轴转动定律”可以推断，对于任何形式的“旋转”风机，例如水平轴、垂直轴，以及其它将来发明的别的旋转式风机：

   低风速风机，降低机械转动惯量（叶片、发电机、齿轮箱等），增大叶片面积，都是有益的具体思路。

   具体些，低风速风机的叶片变短变宽的优点：

   （1）增大叶片的面积，会直接增大风能的捕获。直接有利于提高发电量。

   （2）降低叶片等的机械转动惯量，会直接降低水平轴风机风轮轴的磨损和疲劳，有利于增加轴的寿命。进而提高风电的安全性，且降低风电的电价。

   （3）增大叶片的几何尺寸长度，会增大叶片的造价。在相同的材料和工艺等条件下，会降低叶片的寿命与安全性。反之，相对较短的叶片，会有更高的机械强度与安全性，以及叶片的寿命等。

   （4）从刚体定轴转动定律看，机械转动惯量越大，则出力与风速之间的时间延迟越明显，不利于功率曲线的准确性，进而降低风电功率预测的准确性。

   （5）降低叶片等的机械转动惯量，会接减低噪音等。

   除了在《科学智慧火花》的原稿和评论，近年我们的数篇期刊论文、会议论文、硕士生的学位论文、国家发明专利等，陆续介绍了相关的具体结论。此处不在列出，可以在专业数据库里查找我们的相关论文和发明专利。

   我们在这方面的研究是个过程，是个十分艰难的过程，一点一滴地积累和发现的。

   依据上述物理学原理，观察鸟类、鱼类等，就是力图通过“仿生”来优化低风速风机的叶片等。这是当前的主要研究思路。

   可惜，近年没有足够的精力和时间。

参考资料：

[1] 科普中国，2023-12-07，种一棵树，家里一辈子都不用交电费了…… 还有这种好事？！

https://www.kepuchina.cn/article/articleinfo?business_type=100&classify=0&ar_id=464641

https://h5.kepuchina.cn/scientificwebsite/article?id=464641&member_id=CM202011182042176981&check_code=de5698e67c1caae4190a2b5c98508e6d

[2] The WindBush is the most simple tree that New World Wind wanted to create.

https://www.newworldwind.com/windbush

   Easy to manufacture, easy to install (with a small concrete basement), with only 12 aeroleafs in the regular version and 16 solar petals fixed on the base of each aeroleaf, the WindBush is the perfect product for smallest areas.

[3] Energy Policy, Wind, 2015-01-05, 8 Reasons to be Skeptical of the “Tree” Wind Turbine

https://www.cleanenergy.org/blog/windtree-

[4] 北极星风力发电网，2023-11-13，风机大型化有尽头吗？

https://news.bjx.com.cn/html/20231113/1342852.shtml

  许锋飞强调，大型风机对产品可靠性要求变得更高。以叶片为例，当前吊装的叶片已经超过100米，叶片驱动设计、选材、验证、制造、运输安装，以及控制运行都应保证性能和可靠性，这给全产业链上的厂家都带来了更高要求。

[5] 北极星风力发电网，2023-10-25，We4Ce叶片专家、创始人，CTO，Edo Kuipers：We4Ce的叶尖分段技术-AdapTIP

https://news.bjx.com.cn/html/20231025/1339078.shtml

   为什么我们要去在叶尖进行分段？它整合气动段来说重要性不言而喻。同时在运输过程当中，将预弯的部分取下来，也可以根据不同的风区配套不同的叶尖，比如说低风速可以现在不同的产品进行推荐。针对不同的风区配套，也可以进行不同的叶尖选择。

   同样，我们还会有不容易去损毁，在坏的时候去更换它，可以节省时间。在这样的逻辑下，它的产出最大，成本也是最低的。

[6] 克里斯托弗·洛赫. 技术转移需要足够时间和耐心[N]. 中国科学报, 2023-11-20 第4版 转移转化

https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2023/11/377166.shtm

   总而言之，转移是单方面的，交流是双向的、多向的，技术交流需要时间，不要期望3到5个月就能完成。当技术研发处于早期阶段时，企业和高校要先从技术交流做起，以真诚的态度进行合作，要有明确的支持行动，确保兼容性。此外，政府也要给予充分的资助，确保制定高效的管理目标，从而实现技术转移。

[7] 科学智慧火花，杨正瓴，2015-05-25 11:19，未来的两大安全能源

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

[8] 科学智慧火花，杨正瓴，2020-10-14 16:55，低风速风机叶片几何形状优化设计的风洞实验设想

https://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=76036

[9] 科学智慧火花，杨正瓴，2019-12-13 20:29，低风速风机：“变形”叶片

https://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=72032

[10] 科学智慧火花，杨正瓴，2016-02-24 15:38，计及风力发电机机械惯性的更精确“风速-功率”关系

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

[11] Shashank Kamdar, Dipanjan Ghosh, Wanho Lee, Yongsam Kim, Supriya Ghosh, Youngjun Kim, Tejesh Cheepuru, Eric Lauga, Sookkyung Lim, Xiang Cheng. Multiflagellarity leads to the size-independent swimming speed of peritrichous bacteria [J]. PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), 2023, 120 (48): e2310952120

doi:  10.1073/pnas.2310952120

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2310952120

[12] Kristel Tjandra. Bacteria are evenly matched in swimming contests, no matter their size [EB/OL]. Science, 7 DEC 2023

doi:  10.1126/science.zspk0kr

https://www.science.org/content/article/bacteria-are-evenly-matched-swimming-contests-no-matter-their-size?utm_source=sfmc&utm_medium=email&utm_content=alert&utm_campaign=DailyLatestNews&et_rid=17516827&et_cid=5017665

相关链接：

[1] 2020-01-13，风力发电机机械惯性的作用（张玺硕士学位论文，2015）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1214056.html

[2] 2023-11-27，在《中国科学院科学智慧火花》贴出的帖子，截止到 2023-11-27

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1411392.html

[3] 2023-06-23，[科幻] 《三体外传，又称五体》（2）：四体人的“微子”引擎

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1392713.html

[4] 2022-09-06，[求助，备课，答疑] 关于“能源”的一些名词https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1354217.html

[5] 2023-10-05，[小资料，图片] 枪鱼（ marlin, Makaira ）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1404795.html

[6] 2023-10-04，[小资料，图片] 巴西自由尾蝙蝠 Tadarida brasiliensis 飞行的照片( Brazilian free-tailed Bat ) 

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1404703.html

[7] 2023-10-02，[小资料，图片] 尖尾雨燕 swift 飞行的照片( Apus apus ) 

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1404492.html

[8] 2023-09-30，[小资料，图片] 丘鹬 Scolopax rusticola 飞行的照片( eurasian woodcock )

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1404329.html  

[9] 2021-08-15 14:57，高空机翼风筝发电设想

https://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=78675

[10] 2021-11-16，感谢中国科学院《科学智慧火花》给贴出《高空机翼风筝发电设想》

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1312669.html

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