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高楼之间巧建发电站

高楼之间巧建发电站

2009/5/15 14:13:23
在巴林王国麦纳麦市中心的中央商务区,有两座传统阿拉伯风塔形状的塔楼,静静俯瞰着不远处的阿拉伯湾。这就是2008年4月完工的巴林世贸中心。塔楼像一对风帆,优雅地迎接着从海上持续不断吹来的海风。

    更令人瞩目的是,在这两座高达240米的50层办公塔楼之间,设计师们安装了3台水平轴发电风车,从而使巴林世贸中心成为世界上首个为自身持续提供可再生能源的摩天大楼。这3台发电风车每年能提供约120万千瓦时的电力,这相当于当地300个家庭的年用电量。

    当地的海风其实并不十分强劲,但设计塔楼的英国阿特金斯公司巧妙地借助空气动力学原理进行了弥补。大楼的椭圆形截面使它们中间区域的空间陡然变窄,构造成一个负压区域,将塔间的风速提高了约30%;塔楼设计成风帆般的外形,则起到导风板的作用,引导向陆地吹来的风通过两塔之间。这样的处理还使原本斜向的来风改变方向,变成沿着塔间的中线吹拂。测试表明,从左右不大于45度角吹来的风都会被这一措施调整到几乎垂直于发电风车的走向。这不但提升了涡轮机潜在的发电能力,还将斜向风对风翼的压力控制在可接受的极限内,尽量减少风翼的疲劳。而在实际的运行规范中,风电机组的运行部门还规定,当风向和中线夹角达到或超过30度时,要使风机进入停顿模式。

    在垂直方向上,塔的造型也有空气动力学的考虑:随着塔楼向上逐渐变小,其导风板的作用也逐渐减少;而风力会随高度的增加而逐渐增大,两者的综合效果,使3个涡轮机上受风的风速大致相等,尽量做到能量的平均分布,避免高处的涡轮机过早受损。在实际效果上,如果把中间涡轮机的发电能力视为100%的话,上方和下方涡轮机的发电能力分别是109%和93%,从而使发电量大致相同。

    发电风车满负荷时的转子速度为每分钟38转,通过安置在引擎舱的一系列变速箱,发电机可以每分钟1500转的转速运行发电。风机转子的直径为29米,是用50层玻璃纤维制成的。在风力强劲,或需要转入停顿状态时,翼片的顶端会向外推出,从而增加转子的总力矩,达到减速的目的。3个风机能承受的最大风速是每秒80米,因此风机能经受4级飓风(风速每秒69米以上)的考验。

    不过可惜的是,巴林世贸中心仍然没有完全实现依靠绿色能源进行可持续供电。实际上,这3台风力发电机发出的电量只相当于世贸中心所需能量的11%~15%。不过,它终究减少了每年大约55吨的碳排放量,而风力发电机在160米以上高空放置到两座塔楼之间,也是有史以来的第一次。这种设计理念和经验,很可能会对今后在高层建筑上引入风力发电或者太阳能发电提供启示。

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