10 .风力发电创新

全向涡轮叶片安装在传统的垂直方向上，可以移动以适应方向变化。IMPLUX采用了另一种方法，将空气从多个方向导入垂直轴设置。

卡特鲁的发明家们，在他们的屋顶模型中风力涡轮机对于小规模的能源生产，创造了一种装置，通过收集更多的风，在它撞击涡轮叶片之前[来源:Yirka］．一个圆形的板条室充当360度的进气结构，从各个方向吸收风，并将其重新定向到一个方向:向上，水平旋转的叶片(类似直升机的方向)。

因为涡轮是封闭的，并且封闭的板条是紧密间隔在一起的，它不构成对鸟类的威胁与目前的涡轮形式相比，它产生的噪音非常小[来源:Katru Eco-Inventions］．

IMPLUX将安装在建筑物顶部，以捕获流经城市中心的相对未开发的能量。最新的型号只有9英尺(2.7米)高，额定功率1.2千瓦;Katru的计划是到2013年年底，届时IMPLUX将投入商业使用，最高可达6千瓦[来源:Katru Eco-Inventions］．

接下来，在一个完全不同的层面上…

离地面很远很远，足够了风能根据行业组织“替代能源”的说法，可以为50个地球提供电力[来源:可替代能源］．这些高海拔的风，在历史上超出了我们的技术和科学的范围，可能会为我们的电网供电。

几家公司正在设计空中涡轮机，可以漂浮在数千英尺的空中，将高空风转化为电能。设计范围从风筝型结构到飞艇它本质上是飞行的涡轮机，可以捕捉风力，将其转换为电能，并通过缆绳将其发送到地球。

安全问题比比皆是，这也是为什么飞行涡轮一直是一个次要的梦想的另一个原因[来源:可替代能源］．美国联邦航空管理局(Federal Aviation Administration)建议此类结构的上限为2000英尺(600米)，以避免干扰空中交通，而且设计者必须证明，在缆绳失效或极端天气导致其他故障的情况下，他们可以安全着陆涡轮机。

高空涡轮处于不同的发展阶段。它们还没有在预期的高海拔地区进行测试[来源:可替代能源］．

接下来，特斯拉登场了。

灵感来自1913年，发明家尼古拉·特斯拉获得了发动机设计专利在美国，一家名为Solar Aero的公司设计了一种没有叶片的风力涡轮机，占地面积小，据设计师说，维护成本足够低，可以带来巨大的利润电力价格降低到燃煤费率[来源:Zyga］．

富勒涡轮使用薄金属盘来驱动发电机。机翼式的圆盘紧密地间隔和角度，这样当风流经装置时，它们就会旋转，无论风的方向或强度如何。由于磁盘的数量可以增加或减少，以实现不同的功率输出和尺寸，富勒涡轮可以很容易地适应广泛的位置。

根据Solar Aero公司的说法，易于安装磁盘和发电机，由于叶片间隙不是一个因素，因此降低了高度要求，这意味着更低的维护成本。从方程中去除叶片间隙也意味着单元可以放置在更近的地方，因此20个富勒涡轮将比标准的叶片机器需要更少的土地[来源:Zyga］．

像这个清单上的许多其他创新一样，富勒涡轮考虑到了鸟类:整个移动系统都被屏蔽了。

接下来，另一个引擎充当缪斯。

航空航天制造商FloDesign的子公司已经获得了喷气式发动机的概念成风能．FloDesign风力涡轮机比现有的涡轮机结构更小，但根据其发明者的说法，它可以产生多达四倍的功率[来源:LaMonica］．

就像喷气发动机一样，FloDesign有一组固定的叶片，位于移动的涡轮叶片前面。它们的间隔和角度利用风速的变化来产生一个快速混合的漩涡——一个吸收额外的风的漩涡(典型的涡轮机设计会错过)，并加速它[来源:Bullis]。正是这种更大体积的快速移动的空气击中了可移动的叶片，使发电机旋转。

该装置的设计师表示，FloDesign可以产生相当于其两倍大的HAWT装置的能量[来源:Bullis]。2011年，该装置被安装在波士顿港的一个岛上，表现良好[来源:瓦特现在］．

其次，消除摩擦……

原因之一风力涡轮机相对低效的是运动部件之间的摩擦[来源:Fecht］．这种摩擦浪费了能量，降低了涡轮机的输出。比如说，如果你能让涡轮叶片悬浮起来，而不是把它们固定在基座上，摩擦就会消除。

这项技术是可用的。几家处于不同发展阶段的公司正在进行这项工作磁悬浮风力发电机．磁悬浮根据中国广州能源研究所的数据，中国多年来一直推动清洁能源列车的发展，有可能将风力涡轮机的效率提高20%。Fecht］．这些无摩擦单元可以利用移动缓慢的风，将更多的风能转化为电能，并且比传统模型面临更少的磨损。

美国的Regenedyne公司和NuEnergy公司都在开发用于商业销售的磁悬浮涡轮机。这种机型静音，对鸟类更安全，而且比“风车”型机组便宜得多[来源:NuEnergy］．使用寿命与此有很大关系:Regenedyne公司声称磁悬浮涡轮机的使用寿命为500年，而目前的摩擦填充模型约为25年[来源:离网技术］．

接下来，风能用于娱乐…

阿布扎比的城市规划者设想了一个未来社区清洁能源将不仅仅是能量;会很开心的。设计公司提交了设计方案，纽约的一家公司凭借其芦苇状涡轮机的概念获得了一等奖，这些涡轮机像麦秆一样在微风中移动。

工作室DNA设想细长，优雅的涡轮机称为风杆。每根180英尺(55米)长的led灯杆在风中摇摆，产生动能来驱动扭矩发电机[来源:Danigelis］．细长的无叶片设计使间距更近，鸟类安全还有蝙蝠，最独特的是，在夜晚漫步:设计师希望有一天，居民们能在随风摇曳的风杆农场散步，把清洁能源当作一种艺术来体验。

这个想法将风力发电场变成了一个视觉上令人愉快的装置，而不是一个以清洁、可再生能源的名义忍受的装置。这是一种创新的方式，消除了目前对风力发电场最强烈的反对之一，而是想象在未来，人们可能真的想住在大片大片的涡轮机附近。

接下来，我们呼吁使用最古老、最有效的方法之一来捕捉风能…

最古老的收集风能的方法之一是帆。自从最早的造船者竖起桅杆以来，简单的帆比任何其他结构都能利用更多的风动能供人类使用[来源:Zaghdoud］．

因此，帆作为高效风力涡轮机的灵感是非常合理的，萨丰能源公司希望将其应用于一种名为Saphonian的帆形涡轮机中。与标准的叶片设计相比，更多空气动力学在美国，低摩擦涡轮机在给定的风力供应中可以使用多达两倍的能量，用它来创造液压驱动发电机[来源:Zaghdoud］．根据萨丰的说法，其最新的原型机的效率是典型的风车式涡轮机的两倍多[来源:Zaghdoud］．

作为一个有趣的旁注，Saphonian得名于Baal-Saphon，古代迦太基宗教中的风神。尤其值得一提的是，巴力-萨丰(Baal-Saphon)统治着搅动海洋的风，迦太基水手在旅途中都崇拜他[来源:Saphon］．

接下来，在刀刃的边缘…

磨损是一个严重的问题风力涡轮机因为反复更换昂贵的部件会增加它们发电的成本。丹麦Risø可持续能源国家实验室正在研究最大的磨损罪魁祸首之一:当其巨大的叶片旋转时，涡轮机结构上的异常负载[来源:可替代能源］．

为了减少这种负荷，Risø的研究人员设计了一种不同的叶片——或者至少是一种不同的边缘。他们认为，当叶片旋转时，后缘可以弯曲，从而产生更平滑的叶片气流，这将极大地减少支撑结构上的负载[来源:可替代能源］．

研究人员指着打开的襟翼飞机机翼就是这个概念的一个例子:这些襟翼可以改变机翼的形状，从而在起飞和降落时增加对升力的控制。橡胶后缘，通过类似的方法，可以增加旋转涡轮叶片的稳定性，减少支撑它们的部件上的应力[来源:可替代能源］．

Risø的柔性优势仍处于研究和设计阶段。

接下来，一种新的离岸方式……

海上风电场提供了巨大的潜力风力发电但潜在的缺陷使它们的未来充满不确定性。最大的担忧之一是资金，特别是关于将风力涡轮机锚定在海底的成本。这种建设的价格如此之高，以至于人们对大规模海上发电的可行性产生了怀疑。

许多公司都在寻找降低成本的方法。其中一家公司德西尼布(Technip)从重心角度着手，将传统的涡轮结构转向一侧。其效果是使结构更加稳定:Vertiwind的设计使发电机(最重的部件)更靠近海面——高出海面65英尺(20米)，而不是通常的200英尺(60米);它还使旋转轴垂直[来源:与］．综合结果是降低重心，降低锚定要求的深度和复杂性[来源:Snieckus]。理想情况下，Vertiwind的涡轮机根本不需要固定在海底。

截至2013年1月，一架35千瓦的Vertiwind原型机已准备好在法国海岸进行测试[来源:风力发电智能］．

不过，这显然不是唯一的办法。最后一项风力发电创新为高昂的离岸成本提出了另一种解决方案。

风能合作公司WindPlus也在研究锚定问题。在这种情况下，涡轮机保持其水平轴，就像你在大多数陆地结构上看到的那样;这里最大的发展是一个叫做WindFloat的支持系统。

WindFloat是一个半潜式平台，由拖曳式锚固定。在拖动埋置,海底没有施工。取而代之的是，一个锚被沿着地板拖动，直到它嵌入到所需的深度。拖曳式锚定平台支撑着一个海上涡轮机，就像现在普遍使用的那样。WindFloat有可能使人们能够负担得起安装比目前生产海上电力的涡轮机更大的涡轮机。

这种浮式涡轮设计不仅可以降低安装成本，还可以降低组装成本，因为整个平台和涡轮都可以在陆地上组装。目前的技术依赖于海上装配，而海上装配涉及的不稳定和后勤复杂得多的条件[来源:Macguire］．WindFloats已经在葡萄牙海岸外投入使用，截至2012年12月，俄勒冈州海岸外的安装计划正在推进[来源:充电］．

俄勒冈州的这个项目部分得到了欧盟和美国的新开发拨款[来源:充电］．2012年底出台的政府对风力发电，尤其是海上风力发电的新拨款可能意味着发展的巨大飞跃。希望有了资金来完善设计和实施更多的现实测试，像这样的创新可以极大地提高风能作为一种负担得起的清洁能源的重要来源的可行性。