“大型磁悬浮圆轨道风力发电机”获发明专利
在风电行业，常见的是大型水平轴类风力发电机，其云集了无数国内外专利，技术已经很成熟。但是，我国在上海杭州湾安装的5千千瓦（5兆瓦）的水平轴风力发电机已经被称作超级工程了（见央视一套《超级工程4》），这是世界水平轴风力发电机装机最大容量了。而垂直轴风力发电机额定输出功率目前只能达到1兆瓦左右，但是垂直轴风电机却是风电机大型化较有潜力的发展方向，现在日本﹑英国等国均有垂直轴风电机专门研究所，其中大型垂直轴风电机有两大至今未解决的难题：1.低转速发电问题，如50米直径垂直轴风力机在每秒5米的风速下，转速每分钟只有两圈左右，2.风叶片振动问题，由于力臂长，风叶片又装在风叶轮轮边上，即尖速度大，加上长力臂对风叶片的振动放大作用，振动是难免的。可见，就目前技术水平，两者装机容量很长时间内都不会有较大的突破。
我已经获得发明专利权的大型磁悬浮圆轨道风力发电机是风力发电机的另类，可以说是大型风力发电机﹑超大型风力发电机的终极版。其主要由上下装有强磁铁轨道做成的圆环形无中轴风叶轮，并且在风叶轮下两磁轨道中间装上强磁铁作为发电机转子，和上下强磁铁圆轨道的下磁轨道中间装上电磁感应组成的发电机定子，两者进行磁悬浮配合，风叶轮和圆轨道的磁悬浮配合相当于大型磁悬浮推力轴承，在风叶轮上装上风叶片并能在风的作用下，风叶轮和圆轨道的磁悬浮配合使风叶轮在圆轨道上作无机械磨擦的磁悬浮圆周运动，风叶轮上的强磁铁和圆磁轨道上的电磁感应圈的相对运动，在无机械磨擦，无机械能转换的基础上发电，即风能通过风叶轮上的转子磁铁和轨道上的电磁感应圈直接转换成电能，显然本发明相对有机械传递能量（轴承、齿轮﹑减速器等）的大型发电机能量转换效率高得多，而且本发明的发电方式是：利用风叶轮尖速度（边沿线速度）发电，以直径50米的风叶轮，每秒5米的风速为例，由于风叶片的不同，尖速度也将有所不同，但是转子和定子之间的相对运动速度最低也可以达到每秒3米以上，这就彻底解决了垂直轴各类大型风力发电机低转速发电问题。而且，由于风叶轮是由各自独立的框架（小车状）串联而成的，联接处可以小幅摆动，因为没有中轴和带动风叶片的力臂（力臂带动风叶片有振动扩大效应），在上下磁轨道的约束下完全可以消除风叶片振动等不利因素。由于这些特征，本发明所述的风力发电机直径可以做得很大，而且可以重叠安装使用，显然这将开创风力发电机大型化，超大型化的新途经。我们还是以直径50米的风叶轮为例，每层装机容量可达500千瓦，如果安装20层有效层，这样发电量就可以达到10兆瓦，如果按1500千瓦风力发电机所占有效空间计算（直径80米圆面积乘80米高），装机容量可达16兆瓦，更加重要的是风能利用率提高了10倍，即效率提高了10倍以上，在超级工程4中提到，风能如果全部利用，将达到目前世界所需能耗的三倍以上，如果采用大型磁悬浮圆轨道风力发电机相信风能利用率肯定会有大幅提高。
大型磁悬浮圆轨道风力发电机由于没有大型件的制造﹑运输﹑吊装，即所有金属件加工﹑安装﹑运输均为常规手段（定型的组合型的设备），所以每千瓦的制造﹑装机费用等可以大幅降低，而且明白人一看便知，高度的提升空间不大，而在100米直径的基础上再增加几倍甚至十几倍却是完全可行的，如果风电机直径增加十倍，装机容量可达20万千瓦，虽然占地面积上千亩，这不过和同样装机容量的火力发电厂所占土地差不多，更何况无论占用的是农用田土﹑牧场﹑水面均可在不产生任何污染的情况下再使用，而大型水平轴风电机却在一定风速的情况下会产生啸叫声，并且时有鸟类撞击风叶片的事情发生，而本发明是磁悬浮圆轨道风力发电机，运转时没有噪音，由于其尖速比（风速和尖速度比）小于1也不会产生啸叫声，所以本发明还适用于如高层楼顶上使用。同时也适用于大型吊装﹑运输设备去不了的边远山区﹑山顶﹑浅水滩﹑海岛等上面安装﹑使用。这些均源于本发明所用包括发电机在内的原件均为组合式的，而且均为常规的金属加工件，而安装本风力发电机的多层框架，100千瓦左右的可考虑用金属框架，作为本大型风力发电绝大多数均采用钢筋混凝土结构的框架，而本大型磁悬浮圆轨道风力发电机的制造商，事实上也成为永远的建筑工程发包商。综合上述，本发明的重要意义在于可以大幅提高风能利用率（如发电机零机械磨擦、无机械能转换、多层风力发电），降低大型风电机制造、安装、运输的费用和难度，可以有效解决大型垂直轴风力发电风叶片振动问题和低速发电问题，更重要的意义在于：开创了风电机大型化、超大型化的新途径。
专利人的发明，大型磁悬浮圆轨道风力发电机是通过国家专利局公布﹑检索国内外相关资料﹑提出修改意见﹑并且经过对本发明专利的创造性﹑新颖性﹑实用性进行了严格审查，最终经历四个年头，用时两年多，于2013年1月5日授予发明专利权，同年3月6日获得专利证书，而且本发明还有多个发明或实用新型专利支持，其中有两项已获得专利证书，其余还在审查中。
本发明的基本原理是：由上下装有强磁铁轨道做成的圆环形无中轴风叶轮，并且在风叶轮下两磁轨道中间装上强磁铁作为发电机转子，和上下强磁铁圆轨道的下磁轨道中间装上电磁感应组成的发电机定子，两者进行磁悬浮配合，风叶轮和圆轨道的磁悬浮配合相当于大型磁悬浮推力轴承，在风叶轮上装上风叶片并能在风的作用下，风叶轮和圆轨道的磁悬浮配合使风叶轮在圆轨道上作无机械磨擦的圆周运动，即风叶轮上的强磁铁和圆磁轨道上的电磁感应圈的相对运动。为了进一步提高效率，在风叶轮周围加上我已经获得实用新型专利权的，能阻断逆向进风，放大顺向进风的导风板，并且在无机械磨擦，无机械能转换的基础上发电，即风能通过风叶轮上的转子磁铁和轨道上的电磁感应圈直接转换成电能，显然本发明相对有机械（齿轮﹑减速器等）传递能量的大型发电机能量转换效率高得多。
由于本专利的创造性﹑新颖性﹑实用性已经获得国家专利局的审查认可，具体内容和说明书示意图见附件大型磁悬浮圆轨道风力发电机专利证书，其基本原理以及结构，也是经过专利权人无数次小型试验和模拟试验证明是完全可行的，并且这些也是受国家专利法保护的。
作为一个新产品必须经过小型试验，模拟试验，然后进入中型实验，然后放大进入大型工业化生产，一般小型试验也被称作原理可行性试验，模拟试验也被称为结构可行性试验，专利权人经过这两种试验对原理有了更深的认识，特别是对磁悬浮状态下发电部份的细节和难点专利权人通过模拟试验，有了更加完整和切合实际的构思和设想，由于本专利产品的特点，中型实验过程，实际上也是生产商品楼层用风力发电机，况且作为世界上第一台大型磁悬浮圆轨道风力发电机，其价值绝不是一点金钱就能买到的，也许把它安装在某个景点上，那时，你会感觉到中国的月亮也有比外国亮的时候，当然，我更加希望这个景点就在我的家乡─贵州。
从工业革命以来，石油和煤碳有越来越快的消耗的趋势，按照这种速度，相信在不远的将来这些不可再生的矿物质类能源将消耗殆尽，能源危机的焦虑四处漫延，在经济高速发展的中国，不光是加速了这些不可再生的矿物质类能源的消耗，更加可怕的是加速了二氧化碳﹑pm2.5等有害物质和气体的排放量，对人类生存环境和身体健康造成极大的危害。在这背景下，使用和发展可再生能源的呼声四起，而作为人类首选的三大可再生能源即水电﹑风电﹑光电中的风电行业，最近几年无论是制造业或装机容量真所谓突飞猛进，不过在2012年风电行业却出现了产能过剩的迹象，相信这种过剩的迹象如果不加以控制，后果不堪设想，那问题到底出在哪里呢？其中一重要原因是由于风能的随意性，大型风机﹑风电场又分布不均匀造成风电行业投资商发出的电时大时小，时有时无而无法向国家电网正常并网送电，造成发出的电白白浪费掉（甩电），加上平轴式风电机组“电价比”较高，使风电业投资商大有“玩”不下去的味道。真实的风电行业并不是产能过剩，过剩的应该是发电量相对较小，风能利用率低的风力发电机，如果要想让风电部分或者全部替代火电，应该考虑在全国范围内各区域因地制宜建设各类大型风电场，俗话说十里不同雨，百里不同风，也就是说集合各地众多的风力发电输出，这样可以平抑由于风能随意性对国家电网带来的不利影响，甚至可以考虑建立独立的风电﹑光电电网。在这大方针﹑大战略的背景下，适用于各种地理环境的大型风力发电机显得犹为重要，目前，我国大型风力发电场主要集中在少数几个省﹑区，而绝大多数省份在这方面可以说属于相对欠发达省份，主要原因是缺乏建设大型风电场的条件，以贵州省为例，贵州省是个多山省份，自古有地无三里平的说法，因此很多适合大型平轴式风力发电机和大型风电场的地方由于交通限制，大型设备的运输和吊装设备没法进入现场而搁置，目前贵州风力发电主打机型还是1.5兆瓦的机型为主，如果使用本发明的大型磁悬浮圆轨道风力发电机，不但造价底，效率高，而且没有大型组件的运输和吊装问题，甚至能通简易弯曲公路的地方或山顶均可建造大型﹑超大型风力发电机﹑发电场。显然这将大大的扩展了大型风力发电机的可建造空间，因而大大的加快了淘汰火力发电的步伐，给儿孙多留点非燃料用石油化工，煤化工，天然气化工的原料。
作为风电机组产品开发商，如果按装机容量5兆瓦的一台风力发电机计算，由于每千瓦需成本费9千元左右，而用本发明大型磁悬浮圆轨道风力发电机，每千瓦成本费只需要3千元左右，其中：外径30米内径24米，内空地为452平方米，实际使用土地260平方米，每层4米高的20层圆环形钢筋混凝土框架建筑总平面积约5200平方米由于楼梯﹑护拦等均采用钢结构，故每平方米建筑费用包括材料﹑人工﹑运输等按每平方米1500元计，钢筋混凝土框架费用为：
5200平方米×1500元＝7800000元
每千瓦建筑费用为：
7800000元÷5000千瓦＝1560元
风力发电部份费用主要有：组合式发电机﹑金属加工件﹑定型磁性材料﹑人工﹑风叶片﹑运输﹑吊装等，由于运输﹑吊装无需巨型设备，组合式发电机﹑定型金属加工件﹑定型磁性材料﹑风叶片等为常规工件，均可以外协加工，故机械加工只需组装车间少量的设备和仓库。故建厂成本包括办公﹑生活等设施约需600万。风力发电部分费用为：
5000千瓦×（3000－1560）＝7200000元
9800000元÷5000千瓦＝1960元／千瓦
其中：
组合式发电机260元／千瓦
金属加工件180元／千瓦
定型磁性材料160元／千瓦
人工费420元／千瓦
风叶片150元／千瓦
运输﹑吊装等140元／千瓦
待摊费150元／千瓦
合计1960元／千瓦
如果按5千千瓦水平轴风力发电机成本价出售：
5000千瓦×9000元＝45000000元（4千5百万元）
除去本风电机组建筑费用5200000元，风力发电部份费用9800000元，所获利润：
45000000元－（7800000元＋7200000元）＝30000000元（3千万元）
如果当年生产、销出五台这种风力发电机，年利润将达到1.5亿元。
生产的初期应先生产二至三层直径9米左右100至200千瓦高层楼房用本发明的风力发电，并作为一种定型产品，同时再试生产直径30米10层5千千瓦的本发明的风力发电机。
如果本发明在此基础上将钢筋混凝土框架增加至30层以上，在现有技术上是没有任何问题，而且钢筋混凝土框架即风电机组越往高处，风越大，效率越高，而且从工程难度上说，根本算不上“超级工程”，除去本发明自主知识产权的高新技术外，其它只能算是一般普通工程，而这个“普通工程”产能将是“超级工程”的一倍，效益也将增加一倍。有了上述基础更大直经和更高框架和发电能力的风力发电机的开发也将是轻而易举的。
总之本发明列出的每千瓦的生产费用是可靠的，而且留有较大的余量，售价也较靠谱，而能销售出多少台，以及共计生产出多少千瓦数的风力发电机，获得多少利润，这应该归结为事在人为的范畴了。
而作为风力发电业投资商，5兆瓦的水平轴风力发电机，据介绍5兆瓦的风力发电机20年可获4亿元收益，即每年可获2000万元，前提是风叶片﹑轴承﹑发电机等大型组件20年内不能有损坏，否则4亿元收益将大打折扣，而用本发明大型磁悬浮圆轨道风力发电机，钢筋混凝土框架可保证使用100年，发电机﹑风叶轮等运动部件，均属无磨擦力产生的部件，所以这些部件使用期完全可以超过20年，当然在此期间，小修和维护工作肯定是少不了的，不过本发明所用组件有维修和更换方便的特点，而且维修费用比较低，维修周期也比较短，更加重要的是本发明有造价低，风能利用率高的特点，5兆瓦水平轴风力发电机占用的立体空间，如果使用大型磁悬浮圆轨道风力发电机效果将提高10倍，即装机容量可以达到50兆瓦，如果要达到5兆瓦的发电效果，只需要外径30米内径24米20层的大型磁悬浮圆轨道风力发电机就可以了。说到这，风力发电业投资商到底会有多少利润，怎样去获取这些利润，我想轮不到我说三道四的了，据财政部4月1日的通知，近日预拨各省可再生能源电价附加补助资金148.1139亿，其中，风力发电占到了63%，为93.1448亿元，加上国家其他有关扶持政策，总之保你赚个盆满钵满。
大力发展和开发作为最干净的可再生能源风力发电业，是历史发展的必然趋势，而风力发电机的大型化更是这个“趋势”中的趋势，目前装机容量最大的5兆瓦水平轴式风力发电机，有生产过程复杂、困难，运输过程对道路要求高，吊装过程更是艰难，这些造成造价高，对风电场的选址苛刻等问题，关键是效率还比大型磁悬浮圆轨道风力发电机要小得多，而且大型磁悬浮圆轨道风力发电机的装机容量可以比5兆瓦风力发电机大得多，同时设备生产﹑运输﹑吊装﹑安装﹑钢筋混凝土框架建筑等相对要容易得多，由于没有大型设备运输﹑吊装问题，大型磁悬浮圆轨道风力发电机对风电场的选址要容易得多，大型吊装﹑运输设备去不了的边远山区﹑草原﹑荒漠﹑山顶﹑浅水滩﹑湖岛﹑海岛等上面均可安装﹑使用。
“十二五”第三批风电项目核准计划装机容量为2800万千瓦，而我国风电行业通过几年的发展，光内蒙的风力发电量就超过三峡水电站，而真正的风电在整体输电业占有率只有2％，美国的风电前期占有率要达到20％，显然我国的风电行业还有很大的发展空间，当然需要的地方多了，这就是市场，况且大力发展无公害能源，这是人类文明进步的体现，可以说发展大型磁悬浮圆轨道风力发电机的前景就是能够让山更青，水更绿，天更蓝。（孔和平）
