地铁站出入口风力发电装置

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1、地铁站出入口风力发电装置设计者：吕绍凡刘海燕陈睿张晨葛铭指导老师：武文彬（南京工业大学能源学院江苏南京210009）作品内容简介随着经济的发展，城市化趋势的加快，地铁已经成为城市交通的重要组成部分。地铁为市民出行带来极大便利的同时，也消耗着大量宝贵的能源。如何减少地铁的能耗成为了人们关注的焦点。由于地铁的快速发展，城市里就多了大量的地铁站出入口，一方面因为地铁站内外温差的存在形成空气对流；另一方面，地铁进出站时以及人流带动站内空气的扰动，这让地铁站出入口一年四季都存在着一部分的风能。我们发现常年存在的这部分风能却未被利用，从废弃能源的利用出发，我们的“地铁站出入口

2、风力发电装置”就是从节能、美观、环保等角度把这部分风能实实在在地利用了起来。本装置由中心轴杆、多个H型垂直轴风力发电机、逆变器、用电装置、蓄电池五个主要部分，既能回收能量，又可以美化通道，愉悦乘客。若按全国的城市地铁运营情况，以每天发电16小时计算，我国每年可大约节省760万度电，而且本装置结构简单，设计思路新颖，具有很高的商业推广价值及社会价值。关键词：地铁节能风能垂直轴风力发电联系人：武文彬联系电话：13770784243Email：wwb_china@163.com1.研究背景及意义我国已经进入地铁发展黄金期，按照现有规划，今年我国将建成地铁480公里，20

3、20年总里程将达6100公里。2010至2015年地铁建设投资规划额将达11568亿元，将是今年的5.93倍，城市建成运营的线路将达177条，那么，各大城市里就会出现大量的地铁站出入口，然而由于地铁运动时带动站内流体的运动和站内外存在温差的原因，导致地铁站出入口常年存在着一部分风能，因而我们可以开发这部分可利用风力资源，从而达到节能减排的目的。而且本装置制造成本低、使用寿命长，将很难利用的地铁站出入口的风能转化为动能，不存在原有电力能源再利用的问题。其发出的电能可以提供通道内的照明系统等用电装置，还可以用蓄电池储存起来，节能效果显著。2.本装置的特点特别需要关注的

4、是，我们的“地铁站出入口风力发电装置”还同时从美学角度出发进行考虑设计的，把每个发电机组做成“冰糖葫芦”式的，并且所有轴杆都按“梅花桩”式的错列分布着，风吹过时，大面积“小风车”能够给乘客们带来一种清洁、环保、愉悦的感觉，既节能又达到了装饰效果。图1为作品的示意图。图1“地铁站出入口风力发电装置”示意图3.工作系统流程“地铁站出入口风力发电装置”是将地铁站出入口常年存在的风能转化为电能。当风吹过发电机叶片时，带动连接叶片的连杆所组成的风轮进行转动，由风轮带动稀土永磁发电机发电送往逆变器，通过逆变器将接收的交流电转变为直流电，然后将直流电输送给蓄电池储存起来，通过蓄

5、电池将稳定的电能输配给所需的用电装置，从而达到照明效果。图2为作品的流程图。3211.风能2.节能灯3.垂直轴风力发电机图2“地铁站出入口风力发电装置”原理图4.设计方案4.1.地铁站出入口风能特性根据流体力学的知识我们知道，地铁站出入口的风向具有不确定性，边界部分还会产生涡流，但是大体风向还是一致的。至于风向是向外还是向里吹，取决于站内和站外温度的高低。如果站内的温度高于站外的温度，那么出入口的风就会向里吹，反之，出入口的风就会向外吹。而且地铁通过时还会把隧道里的风推出，带动站内空气流体的扰动，这时也会有大量的风向外排出。总之，地铁站出入口风向的不确定性是非常明

6、显的。4.2.风力发电机的选择通过对地铁站出入口风能特性分析，我们最终确定选用H型垂直轴风力发电机（如图3）。H型垂直轴风力发电机是采用空气动力学原理，针对垂直轴旋转的风洞模拟，叶片选用了飞机翼形状。选用H型垂直轴风力发电机主要考虑到它的以下三个特性：①叶片选用了飞机翼形状，发电效率相对比较高，而且在风轮旋转时，它不会受到因变形而改变效率。②H型垂直轴风力发电机在任何方向的风都可以发电，不择风向，不需对风。③低风速下发电机也能运行起来。2131.叶片2.发电机安装处3.中心轴杆图3H型垂直轴风力发电机机组图4.2.中心轴杆的分布特点如图4为中心轴杆分布的俯视图。所

7、有轴杆都是按“梅花桩”式的错列分布的，主要是为了保证每一个发电机组都能得到充足的风能，提高风能的利用率，进一步提高发电机的发电效率。2131.风能2.中心轴杆3.叶片图4中心轴杆的分布的俯视图通过测量调查，地铁口宽度大概为4m，假设装置使用长度为7m，可装面积达到28m2；每排装置的距离设置为80cm，那么可以装上8排，每排相邻两个发电机组的间距为80cm，那么每排发电机组数达到5个，所以每个地铁站出入口平均装50个本装置。5.理论分析假设风速,单个叶片的长度为，宽，最大厚度，主轴直径为，叶片距主轴距离为；经过查阅相关资料，我们又假设空气的平均密度，发电机的效率，

8、逆变器的效