在住宅上安装太阳能电池板并不少见。为什么不安装风力涡轮机呢?
佛罗里达州迈尔斯堡的发明家 Helmuth Geiser 认为这是一个有趣的问题,在Alibre Design 的参数建模帮助下,他的公司现在推出了一系列小型风力涡轮机,与太阳能技术不相上下。
"我开始研究太阳能和风能系统的效率和价格,很快就发现光伏系统比风能系统非常昂贵。太阳能系统每千瓦的安装成本大约是风能的 3 到 4 倍。
我们在公路两旁的风力发电场看到的涡轮机可以输出 1 到 7 兆瓦的功率。这些 "兆瓦级 "涡轮机由公用事业公司出资和拥有,其体积和造价不亚于喷气发动机。在盖泽尔看来,输出功率在 1 到 100 千瓦之间的小型涡轮机似乎是让个人更容易获得可再生能源的一种方法。
盖泽尔说,欧洲正在更广泛地使用这种 "小型风力 "发电机。在美国,小型涡轮机也有着悠久的历史,尽管它们大多局限于农田或其他不易与电网连接的偏远地区。传统上,涡轮机为灌溉或牲畜抽水,或为偏僻的通信塔提供动力。
"当我开始研究时,我发现现有的小型风能产品依赖的都是过时的技术,有些甚至可以追溯到 20 世纪 30 年代。这些产品的效率和可靠性都不足以使其成为家庭用电的实用解决方案"。
盖泽尔开始改进传统设计,进行了三大机械创新。现在,由盖泽尔和电气工程师西德-威尔斯(Syd Wells)共同创建的有限责任公司 Scaled Energy 正在生产一系列新产品,这些产品现在可以让房主凭空产生免费电力。
"盖泽尔说:"Scaled Energy 的产品在成本与现有小型涡轮机设计相当的情况下,将效率提高了 75% 以上。
效率的提高也意味着该产品可以在更多地区使用,甚至是那些不被认为是狂风的地区。"例如,其他小型涡轮机无法在被指定为第二风区的地区使用,因为它们无法产生足够的电力,但使用 Scaled Energy 的产品就可以了"。
Geiser 在Alibre Design的参数化建模应用软件上进行了所有的 "修补 "并绘制了最终的制造装配图。盖泽尔说,该软件有助于将一个有趣的问题转化为真正的制造业务。
除了创建虚拟装配外,Alibre Motion 等其他模块还允许 Geiser 通过动画测试运动部件。同样,AlibreCAM 用于将他的设计转换成精密机床的切割路径。
"Alibre Design 集软件功能、易用性和价格于一身。我已经向爱迪生发明家协会 (EIA) 的许多发明家朋友推荐了 Alibre,并将继续这样做,"Geiser 说。"回想起来,如果没有Alibre Design ,我想我不可能在这么短的时间内完成这个项目,而且还能做到如此精确。Alibre Design 在时间和金钱上都能做到事半功倍。
盖泽尔对小型涡轮机设计的三大改进是如何使其适合住宅使用的?
首先,盖泽尔重新设计了变桨调节轮毂,这种装置可以改变叶片的攻角,从而从不同速度的气流中获取最大功率。旧方法依赖于卷扬和制动,以避免涡轮机在风力过大时解体。
"他说:"由于这些老式涡轮机的叶片具有固定螺距,因此只能在很小的风速范围内工作。相反,盖泽尔制造了一种更复杂但仍然廉价的装置,它仅通过叶片上的气压来控制轮毂,从而扩大了包络面。
其次,速度调节器也进行了大修。该装置使发电机的运动输入更加稳定。盖泽尔说,"直接驱动 "输入是影响农场涡轮机效率的主要因素。加上高效叶片,Scaled Energy 的涡轮机就能在相同风量下产生更多电力。
盖泽尔还考虑了安装和维护成本。在农田里,可以借助重型机械竖起高大笨重的桅杆。而在更多的城市里,就没有这样奢侈的空地了。"因此,折叠式桅杆的想法应运而生,"盖泽尔说。"房主可以利用液压操作的可伸缩桅杆升降涡轮机。与传统的支撑桅杆相比,该设备的维修也更省力,危险性也更低。
Scaled Energy 最先进的产品系列即将发布。最新发布的产品在经济学方面的测试结果如何?
盖泽尔估计,根据佛罗里达州的电价,一台 10 千瓦的涡轮机每月可以产生价值约 500 美元的电力,因此大多数买家可以在 7 年半的时间内看到 45,000 美元系统的投资回报(ROI),这还不包括任何可用的税收减免。
"这些涡轮机提高了效率、耐用性并易于安装,使风能成为一种可行的替代能源"。