在高层建筑中利用风力发电的思考

　　风力发电在建筑设计及建筑物中的应用，也有称为风能利用与建筑一体化，是风能在城市中应用需要解决的问题。很多建筑物利用风能发电，取得很好的效果。如巴林世贸中心是一个双体建筑，在2个高层建筑中间以钢梁连接起来3个高架桥装设3台水平轴风力发电机，风力发电机的风轮直径达29m，可提供建筑物用电量的11%～15%。为安装风力发电机增加两建筑物之间的高架梁，使建筑物结构变得复杂，一般建筑物难以做到。如果将水平轴风力发电机直接固定在建筑物上，例如建筑物屋顶上，由于受力的影响不宜将容量很大的风力发电机安装在建筑物上，尤其高层建筑上，一些国家标准及规范规定在建筑物屋顶上的风力发电机容量不宜超过10kW，但这对大中型建筑物的用电解决不了什么问题。

　　若将大容量垂直轴风力发电机直接固定在建筑物本体上，需对建筑物采取特殊结构形式，使建筑物结构变得很复杂，例如在建筑物上开一个大洞，用于安装垂直轴风力发电机。能否在建筑物上安装大容量的风力发电机，又可较少影响建筑的形式及结构，解决风力发电在建筑物中的应用，进一步节约能源是这篇文章讨论的内容。

　　1 垂直轴风力发电机在建筑物上的利用

　　在建筑物上安装大容量垂直轴的风力发电机(VAWT)。垂直轴风力发电机在建筑物上相对比较容易安装，结构体系能较好解决安装方案。风力发电机的功率应达到几百千瓦到2MW，可以是一台风力发电机，也可以是一组(多台)风力发电机。以上建议的依据如下。

　　1)天津属于风能较丰富区，风能功率密度约200W/m2，年>3m/s风速为4000～5000h，有较丰富的风力资源。

　　2)天津高层建筑很多。据有关部门的不完全统计，到2010年底天津市高层建筑有6037栋，其中100m以上的超高层为80栋;2011年天津市曾以15座152m以上的超高层建筑列全国第七名;2012年在建超高层建筑有144座，其中有597m高的高银117大厦、588m高的于家堡罗斯洛克金融中心、530m高的周大福大厦等。

　　风压随高度而增加。在市区，以30m高风压变化系数为1的话，50m高风压变化系数为1.25，80m高为1.54，100m高为1.70，150m高为2.03，200m高为2.30;如为比较开阔的地区风压会更大。也就是说随着高度的增加，可利用的风能也越多。

　　3)风轮尺寸大小可结合建筑物的体量确定。风力发电机如安装在屋顶，风轮的高度将不受限制，如安装在建筑物中间部位可在工程设计时留出必要的安装空间并可按风力发电机要求留出安装条件。如建筑物已建成，可与建筑设计单位结合确定是否具备加装风力发电机的条件。

　　4)因有建筑物作依托，风力发电机安装、维修会较方便。

　　5)可结合建筑物安装导风装置，以保证风力发电机正常运行。

　　2 风力发电在建筑物上利用的优点

　　建筑物安装大容量的风力发电机，将会改变建筑物的整个供配电系统，将会使建筑节能提高到一个新的水平。

　　1)风力发电机(组)可以为平时供电，起到节约能源的重要作用，如果风力发电机(组)容量足够大，甚至平时只由风力发电机(组)供电即可满足建筑物用电，达到最佳节能效果。

　　2)高层建筑可以取消利用率很低但又需要设置的柴油发电机组，设置柴油发电机组主要作为应急电源，即外电源停电时以柴油发电机组供电给重要负荷。平时此柴油发电机组不使用，按要求需要定期检修和运转，以保证外电源停电时可正常投入使用。不设置柴油发电机在建筑中不需要储存易燃的柴油，减少对建筑防火的要求，减少火灾的危险。设置风力发电机可以取消柴油发电机组，平时风力发电机(组)发的电力可以供使用，设置一定容量的电力储存设备如蓄电池组，以备必要时供电给重要负荷。也可考虑风能储存的其他方式。

　　3)现在风力发电都是集中建立风力发电站，需要选择风电场，要占用大量的土地。所建风电站距离用电中心都很远，需要长距离输送，增加了电能损耗及建设投资。风力发电与建筑一体化可以节省投资，直接对建筑物供电。

　　4)风力发电的成本较低，是太阳能光伏发电成本的30%～50%;所占空间也较少，约为太阳能光伏发电的10%，因此风力发电是有很大潜力的。风力发电与建筑物结合是建筑节能的一个重要发展方向。

　　3 需要解决的问题

　　为实现在建筑中应用风力发电，需要解决以下问题：

　　1)研制、生产大容量的垂直轴风力发电机(VAWT)，尤其适合建筑上应用的低噪音、低震动、安全的垂直轴风力发电机;

　　2)解决大容量电能或风能的储存问题。

　　4 结论

　　风力发电在建筑物上的利用，是建筑节能的一个重要方向。文章中提出的思路，给出了解决这个问题的关键。我们期待着风力发电在建筑中的应用取得大的发展，城市中出现更多的节能型的绿色建筑。

　　参考文献：

　　[1]张志英，赵萍，李银凤，等.风能与风力发电技术[M].2版.北京：化学工业出版社，2010.