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    绳柱风车发电系统
    作者:周鉴恒    文章来源:作者惠赐    点击数:    更新时间:2011-3-15
    风力发电的商业运转先天上有两项主要缺点:一、地面风速较小,风能密度不高,以致于功率较大的风车尺寸都必须很大,且须装设在塔柱上;二、地面风速变化相当大,有时甚至无风,因此一般风车的利用率,约仅为预计利用率的19%至35%左右。气象研究显示:高空长年吹拂强劲且稳定的风。本研究提出绳柱风车的构想,利用风筝将风车拉升至高空,使风车稳定平衡而迎风发电,产生稳定可靠且功率较符实用的电力输出,满足一般用电的需求。这项创作涉及电磁学、力学的重要概念以及气象知识,启发风力发电之创新;适合学生组队研制,寓教于乐,经实际操作,发展出一种效果颇佳的教学模式。
     

    结论

    一、寓教于乐的物理教学

    作者在万能科大光电系指导专题学生制作并测试绳柱风车,在学生参与的过程中发现:学生对于利用风筝将空中发电机吊挂至高空发电,直接点亮空中的发二极管,或利用传输线将电力传输至地面的创意,均极感兴趣,在动手做中不知不觉克服学习的障碍,逐渐熟悉相关学理,寓教于乐的成绩斐然。所有零组件均相当便宜、制程简单但饶富趣味,所有加工过程都可利用一般学校常用的工具完成,非常适合一般学校学生组队研制,绳柱风车这项作品颇有参考价值。相关学理涵盖:静力平衡、流体力学、电磁学、电路学,非常有益于物理教学。

    二、颇具商业潜力的创新设计

    经由不断测试,证明绳柱风车发电装置的各项性能,确实与创意构想相吻合。同时克服了风力发电的两项困难:(一)风能密度低,风速不大时,风车尺寸必须很大;(二)风力发电之输出时大时小,一方面不符稳定供电的要求,另一方面也使风力发电设备闲置,利用率偏低。绳柱风车发电系统是风力发电新的可行构想,使风力发电更具商业运转的潜力,这项创作不止于物理教学的用途,也是风力发电更臻实用的进步

    致谢

    感谢中央气象局周鉴本博士提供气象方面之宝贵数据,以及万能科技大学光电系吴颖彦、赵伟健、杨子贤、邱宣围、陈元培等专题学生,组成专题制作小组共同参与,并以此项创作参加2009年全国新兴能源与绿色能源竞赛,荣获金奖。

    考文(略)

    1.牛山泉、三野正洋合著,赖阳译「小型风车设计造」第二章,1982年一月,复汉出版社,中有欧(Darrieus)型的垂直轴风车料;欧(Darrieus)型的垂直轴风车料亦可考『新高能源科技股份有限公司』网站。

    2.林辉,基础风力能源,立澎湖科技大学出版,民国98 06 月。

    3.周鉴恒 ,绳风车民国98312日,2009中华物理教育学术讨会

    4.蒲金标,台北部高空之初步分析,「飞航天」第四期,2005 7 月。

    5.D.  Halliday, R. Resnick,  and  J. Walker, Fundamentals  of  Physics  7th

      edition, Wiley, June 14,2004.

    6.http://www.caile.tw/BBS/ShowPost.asp?ThreadID=3185

    7.http://www.ae.illinois.edu/m-selig/ads/coord_database.html

    8.http://www.magenn.com/

    9.T.  Jochen, G.  Robert, Wind  Power  Plants: Fundamentals, Design,  Construction  and Operation ,经销商 Amazon (2004).

    10.V.  Akhmatov, Induction  Generators  for Wind  Power, Multi-Science  Publishing Company,经销商 Amazon (2006). 

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